{"id":69171,"date":"2022-02-21T13:04:30","date_gmt":"2022-02-21T05:04:30","guid":{"rendered":"https:\/\/qvarz.com\/un-metodo-de-calibracion-de-alta-precision-para-espectrometros\/"},"modified":"2022-02-21T13:05:06","modified_gmt":"2022-02-21T05:05:06","slug":"un-metodo-de-calibracion-de-alta-precision-para-espectrometros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/qvarz.com\/es\/un-metodo-de-calibracion-de-alta-precision-para-espectrometros\/","title":{"rendered":"Un m\u00e9todo de calibraci\u00f3n de alta precisi\u00f3n para espectr\u00f3metros"},"content":{"rendered":"\n

La precisi\u00f3n de la calibraci\u00f3n del espectr\u00f3metro es de vital importancia para muchas t\u00e9cnicas de caracterizaci\u00f3n \u00f3ptica, como la espectroscopia Raman y la interferometr\u00eda. 1\u20133<\/sup> Por lo general, se utiliza una l\u00e1mpara de calibraci\u00f3n para la calibraci\u00f3n del espectr\u00f3metro. Las l\u00e1mparas de calibraci\u00f3n proporcionan l\u00edneas distintas y bien definidas en una longitud de onda conocida, y estas se asignan a los \u00edndices de p\u00edxeles del detector. Sin embargo, para rangos espectrales peque\u00f1os, donde solo se dispone de una peque\u00f1a cantidad de l\u00edneas de calibraci\u00f3n, la calibraci\u00f3n se vuelve inexacta. Este art\u00edculo describe los principios de un m\u00e9todo de calibraci\u00f3n de alta precisi\u00f3n que utiliza una estructura multicapa de Fabry-Perot, que proporciona m\u00faltiples picos de calibraci\u00f3n n\u00edtidos en todo el rango del espectr\u00f3metro.<\/p>\n\n

M\u00e9todos de calibraci\u00f3n<\/h2>\n\n

En la mayor\u00eda de los casos, los espectr\u00f3metros se calibran utilizando l\u00e1mparas de calibraci\u00f3n convencionales. Aunque este m\u00e9todo es simple de usar, tiene algunas restricciones; estos se describen a continuaci\u00f3n.<\/p>\n\n

L\u00e1mparas de calibraci\u00f3n convencionales<\/h3>\n\n

Una l\u00e1mpara de calibraci\u00f3n ilumina el espectr\u00f3metro y se miden las posiciones, es decir, los \u00edndices de p\u00edxeles ( p<\/em> ) de las l\u00edneas de calibraci\u00f3n de longitudes de onda conocidas (\u03bb). Un ajuste polinomial cuadr\u00e1tico o de orden superior a los datos (longitudes de onda [\u03bb] en las posiciones [ p<\/em> ]) produce la funci\u00f3n de calibraci\u00f3n buscada: \u03bb( p<\/em> ). Las l\u00e1mparas de calibraci\u00f3n (p. ej., l\u00e1mparas de Hg\/Ar) proporcionan l\u00edneas de emisi\u00f3n a una longitud de onda determinada. Como regla general, hay regiones de longitud de onda amplia sin picos, lo que conduce a una precisi\u00f3n de calibraci\u00f3n limitada. Adem\u00e1s, un ajuste de grado polinomial superior (N> 3) requiere un cierto n\u00famero de l\u00edneas de calibraci\u00f3n, que puede estar limitado, por ejemplo, en espectr\u00f3metros con rangos espectrales peque\u00f1os. El m\u00e9todo convencional es menos confiable, particularmente para los espectr\u00f3metros en miniatura, que exhiben dispersiones de luz fuertemente no lineales. El m\u00e9todo de calibraci\u00f3n descrito aqu\u00ed resuelve este problema mediante el uso de un elemento \u00f3ptico adicional que genera un conjunto de l\u00edneas de referencia distribuidas uniformemente para cualquier rango dado.<\/p>\n\n

Filtro de referencia Fabry-Perot<\/strong><\/p>\n\n

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Figura 1 – Configuraci\u00f3n para experimentos de interferometr\u00eda: 1) Calibraci\u00f3n aproximada con l\u00e1mpara de mercurio. 2) Calibraci\u00f3n con un FRF. (Las cifras se reproducen con permiso de la Ref. 4.)<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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El elemento clave utilizado es un filtro de referencia Fabry-Perot (FRF), que normalmente est\u00e1 hecho de una capa espaciadora transparente terminada en dos espejos altamente reflectantes ( Figura 1<\/em> ). La iluminaci\u00f3n de banda ancha con luz blanca produce m\u00faltiples m\u00e1ximos de transmisi\u00f3n n\u00edtidos de intensidad similar distribuidos en todo el rango del espectr\u00f3metro. El FRF utilizado en los experimentos de los autores consisti\u00f3 en dos l\u00e1minas de mica plateadas en contacto directo entre s\u00ed. Se utiliz\u00f3 mica, que es el material de la capa espaciadora, debido a sus excelentes propiedades de escisi\u00f3n y capacidad para proporcionar l\u00e1minas grandes y homog\u00e9neas. 4<\/sup><\/p>\n\n\n\n

Si se conocen con precisi\u00f3n los espesores y los \u00edndices de refracci\u00f3n de todas las capas de la FRF, se puede calcular el espectro de transmisi\u00f3n y se pueden asignar longitudes de onda a las posiciones m\u00e1ximas en la matriz de p\u00edxeles. Sin embargo, el grosor exacto de la capa espaciadora no se conoce a priori y tambi\u00e9n puede cambiar durante el procedimiento de calibraci\u00f3n (p. ej., debido a la expansi\u00f3n t\u00e9rmica). Por lo tanto, es inevitable determinar simult\u00e1neamente el grosor exacto de la capa espaciadora durante el procedimiento de calibraci\u00f3n. Se ha desarrollado un algoritmo iterativo que resuelve este problema utilizando dos l\u00edneas de calibraci\u00f3n de una l\u00e1mpara de calibraci\u00f3n como l\u00edneas de anclaje. 4<\/sup><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

Prueba de precisi\u00f3n experimental<\/strong><\/p>\n\n

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<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
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En la Figura 2<\/em> se ilustra la precisi\u00f3n del algoritmo de calibraci\u00f3n utilizando la configuraci\u00f3n experimental. Al principio, se detectaron dos l\u00edneas de referencia (RL3: 435 nm y RL7: 697 nm) de una l\u00e1mpara de calibraci\u00f3n CAL-2000 Hg\/Ar ( Ocean Optics<\/strong> , Dunedin, FL) para una calibraci\u00f3n lineal inicial. A continuaci\u00f3n, una l\u00e1mpara hal\u00f3gena ilumin\u00f3 un FRF con un espesor de capa espaciadora de 15,6 \u03bcm. La luz transmitida fue recolectada por una fibra de vidrio y guiada al espectr\u00f3metro para asegurar condiciones de acoplamiento bien definidas. Se us\u00f3 un espectr\u00f3metro en miniatura USB 2000+ de Ocean Optics ( Tabla 1<\/em> ) para la detecci\u00f3n de los espectros. Finalmente, se ajust\u00f3 un polinomio de octavo grado a los datos (longitudes de onda [\u03bb] en las posiciones [ p<\/em> ]). Para investigar el rendimiento del algoritmo, se compar\u00f3 la precisi\u00f3n del m\u00e9todo de calibraci\u00f3n con la precisi\u00f3n de una calibraci\u00f3n convencional. Para ello, todas las referencias detectadas<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n

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Se utilizaron l\u00edneas (RL1\u20138) y se ajust\u00f3 un polinomio de tercer grado a los datos (longitudes de onda [\u03bb] en las posiciones [ p<\/em> ]). La precisi\u00f3n de calibraci\u00f3n experimental correspondiente se determin\u00f3 calculando las diferencias entre las longitudes de onda de las curvas de calibraci\u00f3n y las exactas conocidas de las l\u00edneas de mercurio\/arg\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Tabla 1 – Especificaci\u00f3n del espectr\u00f3metro<\/strong><\/figcaption><\/figure><\/div>\n<\/div>\n\n

La curvatura, \u03ba = \u03bb calib<\/sup> \u2013\u03bb lin<\/sup> , de la curva de calibraci\u00f3n se determin\u00f3 calculando la diferencia de longitud de onda entre la calibraci\u00f3n convencional y la calibraci\u00f3n lineal inicial.<\/p>\n\n

Resultados<\/h2>\n\n

Los resultados de la prueba de precisi\u00f3n se representan en la Figura 2. La precisi\u00f3n de la calibraci\u00f3n (arriba) refleja qu\u00e9 tan bien la funci\u00f3n de calibraci\u00f3n reproduce las longitudes de onda de referencia medidas. El m\u00e9todo de calibraci\u00f3n convencional (tri\u00e1ngulos) da como resultado una precisi\u00f3n de calibraci\u00f3n de 0,4 \u00c5, mientras que el nuevo m\u00e9todo da como resultado una precisi\u00f3n superior a 0,2 \u00c5 (c\u00edrculos). La curvatura \u03ba (Figura 2, centro) de las curvas de calibraci\u00f3n refleja la no linealidad de la dispersi\u00f3n de luz en el espectr\u00f3metro en miniatura. El FRF y el espectro de la l\u00e1mpara de calibraci\u00f3n se muestran en la parte inferior de la Figura 2.<\/p>\n\n

El nuevo m\u00e9todo de calibraci\u00f3n conduce a mejores precisiones de calibraci\u00f3n que el m\u00e9todo convencional. Adem\u00e1s, pueden detectarse las no linealidades debidas a distorsiones de rejilla o dispersiones del \u00edndice de refracci\u00f3n en el material espaciador. 5<\/sup><\/p>\n\n

Conclusi\u00f3n<\/h2>\n\n

La ventaja del m\u00e9todo de calibraci\u00f3n descrito aqu\u00ed es su capacidad para calibrar espectr\u00f3metros en miniatura fuertemente no lineales para rangos espectrales en los que solo est\u00e1n disponibles unas pocas l\u00edneas de referencia. Los picos de calibraci\u00f3n adicionales del FRF permiten ajustes de mayor orden polinomial, lo que da como resultado mayores precisiones de calibraci\u00f3n. El nuevo m\u00e9todo revel\u00f3 precisiones de calibraci\u00f3n por debajo de 0,2 \u00c5, que es al menos el doble de precisa que la calibraci\u00f3n convencional. Es importante se\u00f1alar que este resultado se obtuvo utilizando una cantidad significativa de l\u00edneas de calibraci\u00f3n para la calibraci\u00f3n convencional. En los rangos donde hay menos l\u00edneas disponibles, la diferencia ser\u00eda m\u00e1s profunda, revelando el poder del m\u00e9todo de calibraci\u00f3n.<\/p>\n\n

Referencias<\/h2>\n\n
  1. Dorrer, C. J. Opt. Soc. Soy. B<\/em> 1999<\/strong> , 16<\/em> (7), 1160.<\/li>
  2. Fuente, AW; Vickers, TJ y col. aplicaci\u00f3n Espectrosc<\/em>. 1998<\/strong> , 52<\/em> (3), 462.<\/li>
  3. Hamaguchi, HO aplicaci\u00f3n Espectrosc. Rvdo<\/em>. 1988<\/strong> , 24<\/em> (1\u20132), 1378.<\/li>
  4. Perret, E.; Balmer, TD et al. aplicaci\u00f3n Espectrosc<\/em>. 2010<\/strong> , 64<\/em> , 1139.<\/li>
  5. Israelachvili, JN; Adams, GE J. Chem. Soc. Lejos. Trans. I<\/em> 1978<\/strong> , 74<\/em> , 9758.<\/li><\/ol>\n

    El Dr. Perret es cient\u00edfico, Instituto Paul Scherrer<\/strong> , 5232 Villigen, Suiza; tel.: +41 3401394; correo electr\u00f3nico: edithfu@gmail.com. El Dr. Balmer es ingeniero de materiales, ETH Zurich<\/strong> , Zurich, Suiza. Los autores agradecen a Ocean Optics<\/strong> (Dunedin, FL) por su apoyo en la prueba de varios espectr\u00f3metros. Este trabajo fue financiado por la Fundaci\u00f3n Nacional Suiza (Berna, Suiza).<\/em><\/p>\n\n

    Fuente<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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