ES3046814T3

ES3046814T3 - Apparatus for quantitatively detecting isotopologue of carbon dioxide using dual-photon absorption and spectrometer

Info

Publication number: ES3046814T3
Application number: ES23209230T
Authority: ES
Inventors: Shuiming Hu; Cunfeng Cheng
Original assignee: Hefei Nat Laboratory; University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: Hefei Nat Laboratory; University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2022-11-24
Filing date: 2023-11-10
Publication date: 2025-12-02
Anticipated expiration: 2043-11-10
Also published as: PL4375643T3; CN116223419B; EP4375643B1; US20240175815A1; EP4375643A1; CN116223419A; EP4375643C0

Abstract

Un aparato para la detección cuantitativa del isotopólogo del dióxido de carbono mediante absorción de doble fotón, compuesto por una fuente láser, un estabilizador de frecuencia láser, una cámara de muestra, un detector de señales y un analizador de señales. La cámara de muestra comprende un resonador óptico y una cerámica piezoeléctrica. La fuente láser está configurada para emitir un haz láser. El estabilizador de frecuencia láser está configurado para bloquear el haz láser a la frecuencia modal del resonador óptico. La cerámica piezoeléctrica está configurada para ajustar la longitud del resonador óptico y modificar su frecuencia modal para que coincida con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo. El detector de señales está configurado para detectar la intensidad de transmisión del haz de luz que pasa por el resonador óptico para obtener una señal de absorción de doble fotón. El analizador de señales está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de doble fotón para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones y un espectrómetro

[0003] La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente china n.° 202211479911.8, titulada “Apparatus for quantitatively detecting isotopologue of carbon dioxide using dual-photon absorption and spectrometer”, presentada el 24 de noviembre de 2022 ante la Administración nacional de propiedad intelectual de China.

[0004] Campo

[0005] La presente divulgación se refiere al campo técnico de la detección espectral, y en particular a un dispositivo, que es para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones, y un espectrómetro.

[0006] Antecedentes

[0007] El dióxido de carbono es uno de los gases de efecto invernadero clave en la atmósfera terrestre y un factor clave en el ciclo de carbono. Debido al fraccionamiento de isótopos, el contenido de cada isotopólogo en una muestra de dióxido de carbono puede detectarse cuantitativamente para distinguir una fuente de la muestra, y, por tanto, la detección cuantitativa se usa ampliamente en campos tales como datación cronométrica, rastreo, identificación forense, pruebas medioambientales, y metabolismo de fármacos. La espectroscopia de láser es uno de los medios importantes en la actualidad para detectar isótopos en dióxido de carbono, y por tanto tiene un gran potencial en la detección cuantitativa. Un concepto principal de la detección sensible de isótopos en dióxido de carbono mediante espectroscopia de láser es detectar una señal espectral de un isotopólogo de dióxido de carbono mediante espectroscopía de cavidad de anillo.

[0008] En la actualidad, la determinación de isotopólogos en dióxido de carbono mediante la espectroscopia de láser requiere una sensibilidad superior y está sujeta a una selectividad aparentemente insuficiente. Además, la espectroscopia de láser está limitada por el ensanchamiento por efecto Doppler en el ancho de linea de espectros, y por tanto un isotopólogo de dióxido de carbono no puede distinguirse eficazmente de un isotopólogo de otro compuesto de carbono u otra molécula. Por tanto, es difícil lograr una medición cuantitativa precisa. Como ejemplo, “Detection of Radiocarbon Dioxide with Double-Resonance Absorption Spectroscopy” de Yan-dong Tan,et al.(Chinese Journal of Chemical Physics, vol. 34, n.° 4, páginas 373-380) y “Seeded optical parametric oscillator light source for precision spectroscopy” de Zhang Z. -T.et al.(Optics Letters, vol. 45, n.° 4, página 1013) dan a conocer un método y un sistema para detectar dióxido de carbono radiactivo con espectroscopia de absorción de doble resonancia. Como otro ejemplo, “Optical Measurement of Radiocarbon below Unity Fraction Modern by Linear Absorption Spectroscopy” de Fleisher Adam J.et al.da a conocer un sistema para medir carbono radiactivo usando espectroscopia de absorción lineal, en el que un láser en cascada cuántica de realimentación distribuido convencional sirve como fuente de láser. como otro ejemplo, el documento de patente con n.° de publicación US 2018/052047 A1 da a conocer un analizador de isótopos de carbono, en el que un haz de láser incidente sobre un resonador óptico que contiene gases de analito proporciona espectros de absorción.

[0009] Sumario

[0010] La invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

[0011] A la vista de lo anterior, se proporciona un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones y un espectrómetro para abordar al menos la cuestión anterior.

[0012] En un primer aspecto, se proporciona un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según una realización de la presente divulgación. El aparato comprende una fuente de láser, un estabilizador de frecuencia de láser, una cámara de muestra, un detector de señales, y un analizador de señales, en el que: la cámara de muestra comprende un resonador óptico y una cerámica piezoeléctrica; la fuente de láser está configurada para emitir un haz de láser; el estabilizador de frecuencia de láser está configurado para bloquear el haz de láser a una frecuencia de modo del resonador óptico; la cerámica piezoeléctrica está configurada para ajustar una longitud del resonador óptico para alterar la frecuencia de modo del resonador óptico para coincidir con niveles de energia de un isotopólogo molecular objetivo; el detector de señales está configurado para detectar una intensidad de transmisión del haz de luz que pasa por el resonador óptico para obtener una señal de absorción de dos fotones; y el analizador de señales está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener una concentración del isotopólogo molecular objetivo.

[0013] En una realización, el haz de láser es un haz de láser infrarrojo continuo, y una potencia del haz de láser es mayor de 100 mW.

[0014] En una realización, una finura del resonador óptico es superior a 60000.

[0015] Los niveles de energia del isotopólogo molecular objetivo comprenden: niveles de energia de absorción de dos fotones, en los que un nivel de energía que representa la absorción de un único fotón está entre los niveles de energía de absorción de dos fotones.

[0016] Energía de un fotón que tiene la frecuencia de modo que coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo es igual a la mitad de una diferencia de energía entre los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo.

[0017] En una realización, fluctuaciones de temperatura del resonador óptico son menores de 10 mK.

[0018] En una realización, la cámara de muestra comprende además un controlador de temperatura, en el que el controlador de temperatura está configurado para controlar la temperatura del resonador óptico.

[0019] En una realización, el detector de señales comprende un detector y un amplificador de señales que están integrados, en el que el detector está configurado para detectar la intensidad de transmisión del haz de luz que pasa por el resonador óptico para obtener la señal de absorción de dos fotones, y el amplificador de señales está configurado para amplificar la señal de absorción de dos fotones obtenida.

[0020] En una realización, el analizador de señales está configurado para: invocar un programa de procesamiento de señales para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo, y visualizar la concentración del isotopólogo molecular objetivo mediante una interfaz interactiva. En un segundo aspecto, se proporciona además un espectrómetro según una realización de la presente divulgación. El espectrómetro comprende el aparato en cualquier realización anterior.

[0021] En comparación con tecnología convencional, realizaciones de la presente divulgación logran al menos los siguientes efectos beneficiosos.

[0022] Se proporciona el aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones, que comprende la fuente de láser, el estabilizador de frecuencia de láser, la cámara de muestra, el detector de señales, y el analizador de señales. La cámara de muestra comprende el resonador óptico y la cerámica piezoeléctrica. La fuente de láser está configurada para emitir el haz de láser. El estabilizador de frecuencia de láser está configurado para bloquear el haz de láser a la frecuencia de modo del resonador óptico. La cerámica piezoeléctrica está configurada para ajustar la longitud del resonador óptico para alterar la frecuencia de modo del resonador óptico para coincidir con niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo. El detector de señales está configurado para detectar la intensidad de transmisión del haz de luz que pasa por el resonador óptico para obtener la señal de absorción de dos fotones. El analizador de señales está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo. En el presente documento, el aparato funciona basándose en absorciometría de dos fotones. El estabilizador de frecuencia de láser controla una frecuencia del haz de láser para bloquear el haz de láser en el resonador óptico, de modo que la frecuencia del haz de láser concuerda con la frecuencia de modo del resonador óptico. La longitud del resonador óptico se ajusta mediante la cerámica piezoeléctrica para ajustar de manera fina la frecuencia de modo del resonador óptico, y de ese modo ajustar de manera fina la frecuencia del haz de láser hacia una frecuencia que coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo. El isotopólogo molecular objetivo se excita selectivamente una vez que la frecuencia del haz de láser coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo. La intensidad de transmisión del haz de láser que pasa por el resonador óptico se mide mediante el detector de señales. Cuando la intensidad del haz de láser es lo suficientemente intensa, el isotopólogo molecular objetivo puede absorber dos fotones, que se reflejan en la señal de absorción de dos fotones. El analizador de señales está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo. Un ancho de línea espectral de la absorción de dos fotones es estrecho debido a su característica libre de efecto Doppler, lo cual puede mejorar eficazmente una resolución espectral y selectividad con respecto al isotopólogo. Por tanto, un isotopólogo de dióxido de carbono puede distinguirse eficazmente en espectros con respecto a isotopólogos de otros compuestos de carbono e isotopólogos de otras moléculas. Dado que la amplitud de la señal de absorción de dos fotones es proporcional a la intensidad del haz de láser emitido a partir de la fuente de láser, la señal de absorción de dos fotones que tiene una intensidad suficiente puede obtenerse aumentando la intensidad de la luz de transmisión. Por consiguiente, puede lograrse una detección cuantitativa sensible de isotopólogos de dióxido de carbono.

[0023] Breve descripción de los dibujos

[0024] Con el fin de explicar más claramente realizaciones de la presente divulgación o las soluciones técnicas en la tecnología convencional, a continuación, se introducirán brevemente los dibujos que se necesita usar en la descripción de las realizaciones o la tecnología convencional. Evidentemente, los dibujos en la siguiente descripción sólo son realizaciones de la presente divulgación. Para los expertos habituales en la técnica, pueden obtenerse otros dibujos sin esfuerzos creativos basándose en los dibujos proporcionados.

[0025] La figura 1 es un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según una realización de la presente divulgación.

[0026] La figura 2 es un diagrama de coincidencia de nivel de energía para un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según una realización de la presente divulgación.

[0027] La figura 3 es un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según otra realización de la presente divulgación.

[0028] La figura 4 es un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según otra realización de la presente divulgación.

[0029] La figura 5 es un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según otra realización de la presente divulgación.

[0030] La figura 6 es un diagrama esquemático de una estructura de un espectrómetro según una realización de la presente divulgación.

[0031] Descripción detallada de realizaciones

[0032] Las soluciones técnicas en las realizaciones de la presente divulgación se describirán de manera clara y completa a continuación con referencia a los dibujos adjuntos en las realizaciones de la presente divulgación. Evidentemente, las realizaciones descritas sólo son algunas de las realizaciones de la presente divulgación, en vez de todas las realizaciones. Basándose en las realizaciones de la presente divulgación, todas las demás realizaciones obtenidas por los expertos habituales en la técnica sin esfuerzos creativos se encuentran dentro del alcance de protección de la presente divulgación.

[0033] Con el fin de aclarar y facilitar la comprensión de los objetos, características y ventajas anteriores de la presente divulgación, a continuación, en el presente documento se ilustra adicionalmente la presente divulgación en detalle junto con los dibujos y realizaciones específicas.

[0034] Se proporciona un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según una realización de la presente divulgación. Se hace referencia a la figura 1, que es un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según una realización de la presente divulgación. Tal como se muestra en la figura 1 , el aparato comprende: una fuente de láser 1 , un estabilizador de frecuencia de láser 2, una cámara de muestra 3, un detector de señales 4, y un analizador de señales 5. La cámara de muestra 3 comprende un resonador óptico 6 y una cerámica piezoeléctrica 7.

[0035] La fuente de láser 1 está configurada para emitir un haz de láser. El estabilizador de frecuencia de láser 2 está configurado para bloquear el haz de láser a una frecuencia de modo del resonador óptico 6.

[0036] En una realización, un trayecto óptico del haz de láser emitido por la fuente de láser 1 puede desviarse mediante un reflector 8, de tal manera que el haz de láser se refleja en un divisor de haz 9. Una parte del haz de láser entra en la cámara de muestra 3 desde el divisor de haz 9, y otra parte del haz de láser entra en el estabilizador de frecuencia de láser 2. El estabilizador de frecuencia de láser 2 puede modular y demodular una frecuencia y una fase del haz de láser que entra en el estabilizador de frecuencia de láser 2. El estabilizador de frecuencia de láser 2 genera una señal que representa un error, genera otra señal como realimentación negativa del error, y transmite la señal de realimentación negativa a la fuente de láser 1 , para controlar una frecuencia del haz de láser emitida por la fuente de láser 1 para que sea idéntica a una frecuencia de modo del resonador óptico 6. Además, el estabilizador de frecuencia de láser 2 puede determinar adicionalmente si el haz de láser emitido por la fuente de láser 1 está bloqueado a la frecuencia de modo del resonador óptico 6. En caso de determinación negativa, el estabilizador de frecuencia de láser 2 puede controlar automáticamente la frecuencia del haz de láser emitido por la fuente de láser 1 , para bloquear el haz de láser a la frecuencia de modo del resonador óptico 6.

[0037] La cerámica piezoeléctrica 7 está configurada para ajustar una longitud del resonador óptico 6, para alterar la frecuencia de modo del resonador óptico 6 y de ese modo hacer coincidir la frecuencia del haz de láser con niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo.

[0038] El detector de señales 4 está configurado para detectar una intensidad de transmisión del haz de láser que pasa por el resonador óptico 6, para obtener una señal de absorción de dos fotones.

[0039] El analizador de señales 5 está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener una concentración del isotopólogo molecular objetivo.

[0040] Se proporciona el aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones, que comprende la fuente de láser 1 , el estabilizador de frecuencia de láser 2 , la cámara de muestra 3, el detector de señales 4, y el analizador de señales 5. La cámara de muestra 3 comprende el resonador óptico 6 y la cerámica piezoeléctrica 7. La fuente de láser 1 está configurada para emitir el haz de láser. El estabilizador de frecuencia de láser 2 está configurado para bloquear el haz de láser a la frecuencia de modo del resonador óptico 6.

[0041] La cerámica piezoeléctrica 7 está configurada para ajustar la longitud del resonador óptico 6 para alterar la frecuencia de modo del resonador óptico 6 para coincidir con niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo. El detector de señales 4 está configurado para detectar la intensidad de transmisión del haz de luz que pasa por el resonador óptico 6 para obtener la señal de absorción de dos fotones. El analizador de señales 5 está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo. En el presente documento, el aparato funciona basándose en absorciometría de dos fotones. El estabilizador de frecuencia de láser 2 controla una frecuencia del haz de láser para bloquear el haz de láser en el resonador óptico 6, de modo que la frecuencia del haz de láser concuerda con la frecuencia de modo del resonador óptico 6. La longitud del resonador óptico 6 se ajusta mediante la cerámica piezoeléctrica 7 para ajustar de manera fina la frecuencia de modo del resonador óptico 6, y de ese modo ajustar de manera fina la frecuencia del haz de láser hacia una frecuencia que coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo. El isotopólogo molecular objetivo se excita selectivamente una vez que la frecuencia del haz de láser coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo. La intensidad de transmisión del haz de láser que pasa por el resonador óptico 6 se mide mediante el detector de señales 4. Cuando la intensidad del haz de láser es lo suficientemente intensa, el isotopólogo molecular objetivo puede absorber dos fotones, que se reflejan en la señal de absorción de dos fotones. El analizador de señales 5 está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo. Un ancho de línea espectral de la absorción de dos fotones es estrecho debido a su característica libre de efecto Doppler, lo cual puede mejorar eficazmente una resolución espectral y selectividad con respecto al isotopólogo. Por tanto, un isotopólogo de dióxido de carbono puede distinguirse eficazmente en espectros con respecto a isotopólogos de otros compuestos de carbono e isotopólogos de otras moléculas. Dado que la amplitud de la señal de absorción de dos fotones es proporcional al cuadrado de la intensidad de luz de transmisión tras la excitación, la señal de absorción de dos fotones que tiene una intensidad suficiente puede obtenerse aumentando la intensidad de la luz de transmisión. Por consiguiente, puede lograrse una detección cuantitativa sensible de isotopólogos de dióxido de carbono.

[0042] A continuación, en el presente documento, se ilustra adicionalmente en detalle una estructura del aparato anterior para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones junto con realizaciones opcionales.

[0043] En una realización, la fuente de láser 1 es una fuente de láser infrarrojo. El haz de láser es un haz de láser infrarrojo continuo, y una potencia del haz de láser puede ser mayor de 100 mW.

[0044] En una realización, el resonador óptico 6 es un resonador óptico de alta finura. Por ejemplo, la finura del resonador óptico 6 es superior a 60.000.

[0045] En una realización, una longitud de onda del haz de láser emitido por la fuente de láser 1 puede ajustarse rápidamente de manera fina. Un ancho de banda que puede ajustarse de manera fina de la longitud de onda del haz de láser puede ser preferiblemente de 1 MHz, y la finura del resonador óptico 6 para una única frecuencia de láser es superior a 60.000.

[0046] En una realización, los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo comprenden niveles de energía de absorción de dos fotones. Un nivel de energía que representa la absorción de un único fotón está entre los niveles de energía de absorción de dos fotones.

[0047] En una realización, la frecuencia de modo que coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo se refiere a que energía de un fotón que tiene la frecuencia de modo es igual a, o sustancialmente igual a, la mitad de una diferencia de energía entre los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo.

[0048] En una realización, los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo son niveles de energía que se seleccionan. Se hace referencia a la figura 2, que es un diagrama de coincidencia de nivel de energía para un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según una realización de la presente divulgación. En la figura 2, E1 y E3 designan los niveles de energía de absorción de dos fotones, y<e>2 designa un nivel de energía que representa (es decir, relacionado con) la absorción de un único fotón. E2 está ubicado aproximadamente en el centro entre E1 y E3, es decir, la absorción de un único fotón tiene lugar a una energía aproximadamente la mitad de la energía requerida para la absorción de dos fotones. Una diferencia entre el nivel de energía que representa la absorción de un único fotón y una posición central exacta entre los niveles de energía de absorción de dos fotones no supera 8. Además, cuando la frecuencia del haz de láser emitido por la fuente de láser 1 se controla para que sea una frecuencia correspondiente a la mitad de la diferencia de energía entre los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo, la frecuencia del haz de láser está cerca del nivel de energía que representa la absorción de un único fotón. En tal caso, la intensidad de la señal de absorción de dos fotones puede mejorarse en gran medida.

[0049] A continuación, en el presente documento, se ilustra adicionalmente una estructura de la cámara de muestra 3 en el aparato anterior para detectar cuantitativamente el isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones junto con realizaciones opcionales. Se hace referencia a la figura 3, que ilustra un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según otra realización. Tal como se muestra en la figura 3, la cámara de muestra 3 comprende además un controlador de temperatura 10, que está configurado para controlar la temperatura del resonador óptico 6.

[0050] En una realización, fluctuaciones de la temperatura del resonador óptico 6 están dentro de 10 mK.

[0051] En una realización, un medio para mantener las fluctuaciones de la temperatura del resonador óptico 6 dentro de 10 mK incluye, pero no se limita a, controlar el resonador óptico 6 mediante el controlador de temperatura 10 K. Otro medio de ajuste de temperatura también puede ser viable para controlar la temperatura del resonador óptico 6 para que fluctúe dentro de 10 mK.

[0052] A continuación, en el presente documento, se ilustra adicionalmente una estructura del detector de señales 4 en el aparato anterior para detectar cuantitativamente el isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones junto con realizaciones opcionales. Se hace referencia a la figura 4, que ilustra un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según otra realización. Tal como se muestra en la figura 4, el detector de señales 4 comprende un detector 11 y un amplificador de señales 12 que están integrados.

[0053] El detector 11 puede ser un detector sensible. En una realización, el detector está configurado para detectar una intensidad de transmisión del haz de láser que pasa por el resonador óptico 6, para obtener la señal de absorción de dos fotones.

[0054] El amplificador de señales 12 puede ser un amplificador de señales de bajo ruido. En una realización, el amplificador de señales 12 está configurado para amplificar la señal de absorción de dos fotones obtenida.

[0055] En una realización, el isotopólogo molecular objetivo puede excitarse selectivamente cuando la frecuencia del haz de láser emitido por la fuente de láser 1 coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo, y el haz de luz pasa por el resonador óptico 6 como un haz de transmisión después de excitarse el isotopólogo molecular objetivo y después se detecta mediante el detector 11. De ese modo, se obtiene la señal de absorción de dos fotones. Dado que la señal de absorción de dos fotones detectada mediante el detector de señales 4 es débil, en primer lugar, se amplifica la señal de absorción de dos fotones obtenida mediante el amplificador de señales de bajo ruido 12 , lo cual facilita el procesamiento posterior de la señal de absorción de dos fotones.

[0056] A continuación, en el presente documento, se ilustra adicionalmente una estructura del analizador de señales 5 en el aparato anterior para detectar cuantitativamente el isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones junto con realizaciones opcionales. Se hace referencia a la figura 5, que ilustra un diagrama estructural esquemático de un aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones según otra realización. Tal como se muestra en la figura 5, el analizador de señales 5 puede comprender un medio de almacenamiento que almacena un programa de procesamiento de señales 13, y proporcionar una interfaz interactiva 14. El analizador de señales 5 está configurado para invocar el programa de procesamiento de señales 13 para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo, y visualizar la concentración del isotopólogo molecular objetivo mediante una interfaz interactiva 14.

[0057] En una realización, la interfaz interactiva 14 puede actualizar la concentración visualizada del isotopólogo molecular objetivo en tiempo real, y pueden realizarse operaciones con la concentración visualizada del isotopólogo molecular objetivo mediante la interfaz interactiva 14. La interfaz interactiva 14 comprende, pero no se limita a, un dispositivo electrónico tal como un ordenador y un teléfono móvil.

[0058] Basándose en las realizaciones anteriores, se proporciona además un espectrómetro según una realización de la presente divulgación. Se hace referencia a la figura 6, que es un diagrama esquemático de un espectrómetro según una realización de la presente divulgación. El espectrómetro comprende el aparato para detectar cuantitativamente el isotopólogo de dióxido de carbono mediante la absorción de dos fotones tal como se describió en cualquier realización anterior.

[0059] En algunas realizaciones, el espectrómetro tiene las mismas características que los aparatos en las realizaciones anteriores.

[0060] Además, se observa que el aparato y el espectrómetro tal como se describieron en las realizaciones anteriores de la presente divulgación no se limitan a la detección cuantitativa de isotopólogo(s) de dióxido de carbono, y pueden usarse para detectar isotopólogo(s) de otra molécula.

[0061] Anteriormente en el presente documento, se han ilustrado en detalle el aparato para detectar cuantitativamente el isotopólogo de dióxido de carbono mediante absorción de dos fotones y el espectrómetro según realizaciones de la presente divulgación. Se aplican ejemplos específicos en el presente documento para ilustrar los principios y las realizaciones de la presente divulgación. La descripción de las realizaciones anteriores sólo está destinada a ayudar a entender soluciones técnicas y un concepto principal de la presente divulgación. Los expertos habituales en la técnica pueden realizar cambios en implementaciones específicas y alcances de aplicación según el concepto de la presente divulgación. En resumen, el contenido de esta memoria descriptiva no debe interpretarse como limitación de la presente divulgación.

[0062] Las realizaciones de la presente divulgación se describen de una manera progresiva, y cada realización enfatiza la diferencia con respecto a otras realizaciones. Por tanto, una realización puede hacer referencia a otras realizaciones para partes iguales o similares. Dado que el espectrómetro dado a conocer en las realizaciones corresponde al aparato dado a conocer en las realizaciones, la descripción del espectrómetro es simple, y puede hacerse referencia a la parte relevante del aparato.

[0063] Debe observarse que los términos de relación tales como “primero”, “segundo” y similares sólo se usan en el presente documento para distinguir una entidad u operación de otra, en vez de para necesitar o implicar que existe una relación u orden real entre las entidades u operaciones. Además, se pretende que los términos tales como “incluir”, “comprender” o cualquier otra variante de los mismos no sean exclusivos. Por tanto, un procedimiento, un método, un artículo o un dispositivo que incluye una serie de elementos no sólo incluye los elementos dados a conocer sino también otros elementos que no se indican claramente, o incluye además elementos inherentes del procedimiento, el método, el artículo o el dispositivo. A menos que se limite expresamente, la expresión “que incluye un...” no excluye el caso de que puedan existir otros elementos similares en el procedimiento, el método, el artículo o el dispositivo distintos de los elementos indicados.

[0064] Según la descripción de las realizaciones dadas a conocer, los expertos en la técnica pueden implementar o usar la presente divulgación. Diversas modificaciones realizadas en estas realizaciones pueden resultar evidentes para los expertos en la técnica, y el principio general definido en el presente documento puede implementarse en otras realizaciones sin alejarse del alcance de la presente divulgación. Por tanto, la presente divulgación no se limita a las realizaciones descritas en el presente documento, sino que tan sólo se limita por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

i.Aparato para detectar cuantitativamente un isotopólogo de dióxido de carbono usando absorción de dos fotones, que comprende:

una fuente de láser (1), un estabilizador de frecuencia de láser (2), una cámara de muestra (3), un detector de señales (4), y un analizador de señales (5), en el que:

la cámara de muestra (3) comprende un resonador óptico (6) y una cerámica piezoeléctrica (7);

la fuente de láser (1 ) está configurada para emitir un haz de láser;

el estabilizador de frecuencia de láser (2) está configurado para bloquear el haz de láser a una frecuencia de modo del resonador óptico (6);

la cerámica piezoeléctrica (7) está configurada para ajustar una longitud del resonador óptico (6) para alterar la frecuencia de modo del resonador óptico (6) para coincidir con niveles de energía de un isotopólogo molecular objetivo;

el detector de señales (4) está configurado para detectar una intensidad de transmisión del haz de luz que pasa por el resonador óptico (6) para obtener una señal de absorción de dos fotones; y

el analizador de señales (5) está configurado para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener una concentración del isotopólogo molecular objetivo;

en el que los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo comprenden niveles de energía de absorción de dos fotones, y un nivel de energía que representa la absorción de un único fotón está entre los niveles de energía de absorción de dos fotones;

caracterizado porque

la energía de un fotón que tiene la frecuencia de modo que coincide con los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo es igual a la mitad de una diferencia de energía entre los niveles de energía del isotopólogo molecular objetivo.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el haz de láser es un haz de láser infrarrojo continuo, y una potencia del haz de láser es mayor de 100 mW.

3. Aparato según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que una finura del resonador óptico (6) es superior a 60000.

4. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que fluctuaciones de temperatura del resonador óptico (6) son menores de 10 mK.

5. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara de muestra (3) comprende además:

un controlador de temperatura (10), configurado para controlar la temperatura del resonador óptico (6).

6. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

el detector de señales (4) comprende un detector (11) y un amplificador de señales (12) que están integrados;

el detector (11 ) está configurado para detectar la intensidad de transmisión del haz de luz que pasa por el resonador óptico (6) para obtener la señal de absorción de dos fotones;

el amplificador de señales (12) está configurado para amplificar la señal de absorción de dos fotones obtenida.

7. Aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el analizador de señales (5) está configurado para:

invocar un programa de procesamiento de señales para analizar y procesar la señal de absorción de dos fotones para obtener la concentración del isotopólogo molecular objetivo, y

visualizar la concentración del isotopólogo molecular objetivo mediante una interfaz interactiva.

8. Espectrómetro, que comprende el aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.