MX2013000643A - Instrumento espectrometrico. - Google Patents

Abstract

Un instrumento espectrométrico (38) que comprende: un interferómetro de exploración (40, 42, 44) que tiene un divisor de haz (40) para dividir la radiación óptica incidente en un haz reflejado, que sigue un trayecto de haz reflejado y un haz transmitido que sigue un trayecto de haz transmitido; una fuente (52) de radiación óptica monocromática para lanzar un haz de referencia al interferómetro (40, 42, 44) a lo largo de un primer trayecto (62) de propagación para que sea inicialmente incidente sobre una primera cara (40') del divisor de haz (40); una fuente (46) de radiación óptica de observación para lanzar un haz de observación divergente (6'4) al interferómetro (4, 6, 8) a lo largo de un segundo trayecto de propagación (66) para que sea inicialmente incidente sobre la primera cara (40') del divisor de haz (40) y se solape al haz de referencia en la primera cara (40'); en el que las fuentes de radiación (52; 46) cooperan para generar un primer ángulo () entre las direcciones de propagación de los dos haces a largo de un primer (62) y un segundo (66) trayecto de propagación respectivo cuando inciden inicial y simultáneamente en la primera cara (40') que es mayor que un semiángulo (a) de divergencia del haz de observación (64).

Description

INSTRUMENTO ESPECTROMÉ RICO El presente invento se refiere a un instrumento espectrométrico que comprende un interferómetro de exploración y más particularmente que comprende un interferómetro de exploración que opera de acuerdo con el principio de Michelson o un principio derivado de este (generalmente denominado en esta memoria como un interferómetro de "tipo Michelson").

Los interferómetros de exploración conocidos, tales como los del tipo Michelson, comprenden generalmente un divisor de haz (que incluye típicamente también un compensador) y dos o más reflectores, tales como espejos o retrorreflectores, estando al menos uno de los reflectores dispuesto para ser trasladable en vaivén. Lentes colimadoras u otras ópticas pueden también ser asociadas con el interferómetro, pero no son fundamentales para su principio operativo que se basa esencialmente en la presencia de un divisor de haz y de reflectores móviles relativamente.

Se ha comprendido que un interferómetro de exploración se refiere a una disposición óptica en la que un haz es dividido en primer lugar por un divisor de haz en dos componentes que son recombinados subsiguientemente para interferir uno con otro después de que cada uno haya atravesado un trayecto diferente que está delimitado por uno respectivo de un par de reflectores móviles relativamente. La información puede a continuación ser derivada a partir del contenido espectral de la interferencia que se refiere a la propiedad de una muestra con la que el haz ha interactuado.

Cuando tal interferómetro es, por ejemplo, empleado en un instrumento espectrométrico para espectroscopia óptica, un haz de observación que consta de una radiación de banda relativamente amplia en una región de longitud de onda de interés es lanzado al interferómetro para que incida sobre el divisor de haz. En este contexto, el término "lanzado" se refiere a un haz que es transmitido desde un último elemento óptico, tal como una fuente luminosa, un terminal de fibra óptica, una lente u otro elemento óptico que puede afectar al trayecto o a la forma del haz. Este haz de observación es dividido en dos partes de esencialmente igual intensidad en el divisor de haz. Un primer haz es reflejado por el divisor de haz y se desplaza a lo largo de un primer 'brazo' del interferómetro al primer reflector desde donde es reflejado de nuevo al divisor de haz. Un segundo haz es transmitido a través del divisor de haz y se desplaza a lo largo de un segundo 'brazo' al segundo reflector desde donde es también reflejado de nuevo al divisor de haz para solaparse al primer haz reflejado. El retardo, d, es la diferencia entre las longitudes de trayecto óptico de los dos brazos y dependiendo del retardo cada longitud de onda de la fuente espectral puede interferir destructiva o constructivamente cuando la luz reflejada hacia atrás en los dos brazos se solapa en el divisor de haz. El diseño de intensidad de la luz de interferencia que se solapa, como una función del retardo es conocido como un interferograma . El interferograma es grabado por un detector mientras que uno o más reflectores se mueven para crear excursiones cíclicas del trayecto óptico relacionado y por tanto una diferencia de longitud de trayecto óptico cíclico entre el primer y el segundo haz. Como resultado de esto cada longitud de onda en el haz de observación es modulada a una frecuencia diferente. La información espectral puede ser extraída a continuación a partir de este interferograma de observación realizando numéricamente una trasformación de Fourier (FT) .

Cuando se graba un interferograma de observación, particularmente cuando se utiliza la técnica denominada FT Rápida, es esencial realizar el muestreo de la salida del detector asociado en posiciones equidistantes exactas del reflector trasladable para evitar errores.

Ha resultado una práctica bien establecida en espectroscopia de FT utilizar una fuente monocromática de radiación de longitud de onda conocida, ?, ' tal como un láser, para generar un haz de referencia. Este haz de referencia es empleado en el interferómetro de exploración para determinar las posiciones equidistantes exactas requeridas y tal - A - interferómetro de FT se describe en el documento US 6.654.125. Aquí, como es común, el haz de referencia es lanzado al interferómetro de exploración simultáneamente con el haz de observación y se le ha hecho seguir un trayecto de luz a través de los componentes ópticos del interferómetro que es sustancialmente paralelo al seguido por el haz de observación. Como el haz de observación, el haz de referencia es dividido por el divisor de haz en dos haces de intensidad sustancialmente igual. Un interferograma de referencia es generado por las dos partes reflejadas hacia atrás del haz de referencia al producirse su solapamiento en el divisor de haz que ha de ser detectado por un detector asociado. Este interferograma de referencia es sinusoidal con un periodo de oscilación en el eje de retardo perr que está directamente relacionado con la longitud de onda como: 5por = ?/2 (1) .

Como la longitud de onda del haz de referencia es conocida exactamente entonces las características que ocurren periódicamente, tales como las posiciones de corte por cero, del interferograma de referencia pueden ser empleadas para determinar exactamente el desplazamiento incremental y/o la velocidad del reflector trasladable en el interferómetro . Así, el tiempo de muestreo para el interferograma de observación puede ser determinado exactamente.

Un problema asociado con el diseño de interferómetro de exploración conocido es que el lanzamiento del haz de referencia al interferómetro, o bien requiere componentes ópticos adicionales o bien obstruye el trayecto del haz de observación. El haz de referencia puede, por ejemplo, ser lanzado utilizando espejos de periscopio o a través de un agujero en cualesquiera ópticas colimadoras para el haz de observación. En ambos casos sin embargo, una parte del haz de observación es bloqueada. Alternativamente, el haz de referencia puede ser lanzado al interferómetro utilizando un espejo dicroico pero esto da origen a una reducción en la potencia total del haz de observación a través del interferómetro y también requiere espacio en el trayecto del haz de observación.

De acuerdo con un primer aspecto del presente invento se ha proporcionado un instrumento espectrométrico que comprende: un interferómetro de exploración que tiene un divisor de haz para dividir la radiación óptica incidente en un haz reflejado y un haz transmitido; una fuente de radiación óptica monocromática para lanzar un haz de referencia al interferómetro para que sea inicialmente incidente sobre una primera cara del divisor de haz; una fuente de radiación óptica de observación para lanzar un haz de observación al interferómetro para que sea inicialmente incidente sobre la primera cara del divisor de haz y se solape al haz de referencia en la primera cara; en el que las fuentes de radiación cooperan para generar un primer ángulo entre los trayectos de propagación de los dos haces en la primera cara que es mayor que un semiángulo de divergencia coplanario del haz de observación.

Es bien conocido que todos los haces de radiación tienen un ángulo de divergencia que describe la magnitud de un ensanchamiento del haz con la distancia. Puede considerarse, por ejemplo, como el ángulo entre dos direcciones en lados opuestos de un eje de un haz de luz paralelo al trayecto del haz y en el mismo plano que el eje en el que la intensidad luminosa es igual típicamente a un porcentaje establecido de una intensidad de referencia. Si el haz ha sido colimado utilizando una lente u otro elemento de focalización, la divergencia esperada puede ser calculada de una manera conocida a partir de dos parámetros: el diámetro D, del punto más estrecho del haz antes de la lente, y la distancia focal de la lente, f. El semiángulo de divergencia es, como su nombre implica, un ángulo cuya magnitud es la mitad del ángulo de divergencia .

Así, introduciendo los haces de referencia y de observación en el interferómetro de tal modo que el ángulo entre sus direcciones de propagación en la primera cara del divisor de haz sobre el que ambos inciden inicialmente es mayor que el semiángulo de divergencia coplanario del haz de observación, es posible lanzar el haz de referencia desde fuera del haz de observación para solaparlo con el haz de observación en la primera cara del divisor de haz sin necesidad de ningún componente óptico adicional; sin obstruir el haz de observación y sin necesidad de aumentar el tamaño del divisor de haz y de los otros componentes ópticos.

Además, la inclinación de los trayectos de haz de acuerdo con el presente invento proporciona un filtrado espacial del haz de referencia y del haz de observación de modo que puede diseñarse un instrumento en el que la radiación de fondo en un detector asociado, debida al otro haz sea reducida de manera significativa o incluso eliminada.

Usualmente, un ordenador es empleado para extraer información espectral a partir del interferograma de observación grabado por un detector asociado y está adaptado específicamente para compensar matemáticamente los errores de longitud de onda introducidos en la información espectral debidos a la inclinación relativa de los haces de referencia y observación de acuerdo con el presente invento. Esta corrección de la escala de longitud de onda que es aplicada en el ordenador proporciona un incremento de la exactitud en las mediciones hechas usando el interferómetro.

De acuerdo con un segundo aspecto del presente invento, se ha proporcionado un método para hacer funcionar un instrumento espectrométrico que tiene un interferómetro de exploración de acuerdo con el primer aspecto del presente invento que comprende la operación de lanzar de manera simultánea un haz de referencia y un haz de observación divergente hacia el divisor de haz para que sea inicialmente incidente en una primera cara del mismo, siendo lanzados los haces para proporcionar en el divisor de haz un primer ángulo entre sus trayectos ópticos mayor que un semiángulo de divergencia del haz de observación.

A continuación se describirá una realización del invento a modo de ejemplo solamente y con referencia a los dibujos de las figuras adjuntas de los que: La fig. 1 ilustra una vista en sección en el plano X/Y del interferómetro de tipo Michelson de acuerdo con el presente invento; la fig. 2 ilustra una vista en sección en el plano Y/Z del interferómetro de tipo Michelson de la fig. 1; la fig. 3 ilustra restricciones de criterios de diseño gráficamente sobre el interferómetro ilustrado en las figs. 1 y 2; y la fig. 4 ilustra una vista en sección de otra realización de un interferómetro de tipo Michelson de acuerdo con el presente invento.

Considérese ahora una realización ejemplar de un instrumento espectrométrico 2 de acuerdo con el presente invento, que como se ha ilustrado en las figs. 1 y 2 está actualmente configurado para comprender un interferómetro de exploración de tipo Michelson. Como el principio general de funcionamiento de tal interferómetro de exploración es bien conocido, será descrito aquí solamente tan detalladamente como sea necesario para una comprensión del presente invento. El interferómetro de exploración e emplificado comprende un divisor de haz, aquí un divisor de haz circular 4, y dos reflectores que tienen aquí la forma de espejos planos circulares 6, 8. Uno de los espejos 6 está montado para traslación en vaivén (ilustrada por la flecha de doble cabeza) sobre una distancia mostrada como 2L y el otro espejo 8 es fijo. El divisor de haz 4 está, en la presente realización, encerrado en un alojamiento 10 de interferómetro junto con los dos reflectores 6, 8. También comprendidas en el instrumento 2 ejemplificado hay una fuente 12 de radiación óptica monocromática para generar un haz de referencia y lanzarlo generalmente a lo largo de un trayecto de propagación 14, ininterrumpido por elementos ópticos adicionales, hacia una primera cara 4' del divisor de haz 4 del interferómetro (4, 6, 8) y una fuente 16 de radiación óptica de observación para generar un haz de observación 18 divergente y lanzarlo hacia la primera cara 4' del divisor de haz 4 del interferómetro (4, 6, 8) generalmente a lo largo de un trayecto de propagación 20 entre la fuente 12 y el divisor de haz 4 sin pasar a través de elementos ópticos adicionales que afectarían a la dirección de propagación (es decir al trayecto de propagación) de este haz 18. Se apreciará que si otras realizaciones de un instrumento de acuerdo con el invento comprendieran elementos ópticos u otros componentes interpuestos entre las fuentes 12, 16 y el divisor de haz 4 que pueden alterar cualquiera de los trayectos de propagación 20, 14 entonces los trayectos de propagación de acuerdo con el presente invento estarán en la dirección de propagación del haz apropiado entre el último de tales elementos ópticos y el divisor de haz 4. El término 'lanzar' será interpretado en consecuencia.

Como es sabido, el divisor de haz 4 es considerado el primer elemento del interferómetro de exploración (4, 6, 8) y está construido de modo que un haz incidente será dividido en haces de intensidad sustancialmente igual para atravesar un trayecto 22 de haz transmitido y un trayecto 24 de haz reflejado. El espejo móvil 6 está dispuesto con relación al divisor de haz 4 para devolver el haz que atraviesa el trayecto de haz transmitido 22 de nuevo al divisor de haz 4 cuando es trasladado en vaivén. El otro espejo 8, fijo, está dispuesto con relación al divisor de haz 4 para devolver el haz que atraviesa el trayecto de haz 24 reflejado de nuevo al divisor de haz 4 para solaparse con el haz devuelto que sigue al trayecto de haz 22 transmitido y por ello se genera un interferograma para cada uno de los haces de referencia obtenidos a partir de la fuente 12 de haz de referencia y del haz de observación 18 a partir de la fuente de observación 16.

Unos detectores 26, 28 de radiación de haz de referencia y de haz de observación correspondientes están también previstos respectivamente como una parte del instrumento espectrométrico 2. El detector 26 de radiación del haz de referencia está dispuesto en el alojamiento 10 del interferómetro para detectar una interferograma de referencia generado a partir de los componentes reflejados del haz de referencia lanzado que atraviesa un trayecto 36 de haz de referencia. El detector 28 de radiación del haz de observación está dispuesto similarmente en el alojamiento 10 del interferómetro para detectar un interferograma de observación generado a partir de los componentes reflejados del haz de observación lanzado que atraviesa un trayecto 34 de haz de observación. Útilmente y de acuerdo con una realización del presente invento, el detector 26 de radiación del haz de referencia puede estar situado fuera del haz de observación que atraviesa el trayecto de haz 34 desde el divisor de haz 4 hacia el detector 28 de haz de observación. Esto permite que la radiación disponible que incide sobre el detector 28 de haz de observación sea maximizada y proporcione un filtrado espacial del trayecto 34 del haz de observación y del trayecto 36 del haz de referencia en los detectores respectivos 28, 26. Este efecto de filtrado espacial es ventajoso porque el ruido de fondo en los detectores respectivos 28, 26 causado por la luz procedente del otro haz (es decir la luz procedente del haz de observación incidente sobre el detector de referencia 26 y viceversa) es sustancialmente reducido y puede incluso ser eliminado.

Estos detectores 26, 28 de haz de referencia y de haz de observación, están en la presente realización, situados todos dentro del alojamiento 10 del interferómetro pero se apreciará que uno o más de estos puede estar situado fuera del alojamiento 10 y acoplado ópticamente, por ejemplo por medio de fibras ópticas adecuadas, al alojamiento 10. Similarmente una o ambas de las fuentes 12 de radiación óptica monocromática y 16 de radiación óptica de observación pueden estar situadas fuera del alojamiento 10 y ser acopladas ópticamente de modo que sigan los trayectos de haz como se ha ilustrado en las figs. 1 y 2 y como se ha descrito aquí.

Un procesador de datos, tal como un ordenador 30 programado de manera adecuada, puede estar conectado operativamente a cada uno de los detectores 26, 28 de radiación del haz de referencia y del haz de observación para recibir señales representativas del interferograma de referencia y del interferograma de observación detectados respectivos y procesar estas señales con el fin de obtener información espectral a partir del interferograma de observación, sometiendo típicamente el interferograma de observación a un análisis de Fourier. En la presente realización el ordenador 30 está ilustrado como un único dispositivo pero se apreciará que en el presente contexto el término ordenador ha de tomarse como que significa uno o más dispositivos configurados que utilizan técnicas de programación y de ingeniería electrónica convencionales para realizar automáticamente los cálculos deseados. Cualquiera o cualesquiera de tal o tales dispositivos que constituyen el procesador de datos 30 puede ser de una pieza con el alojamiento 10 o puede ser exterior al alojamiento 10 en comunicación local (como se ha ilustrado mediante conexión fija) o remota (tal como mediante un enlace de telecomunicaciones, conexiones de intranet o de internet) .

Cuando el instrumento espectrométrico 2 es utilizado en espectroscopia óptica una cubeta u otro soporte 32 de muestras transparente o traslúcido puede ser situado en el trayecto 20 del haz de observación y aqui es configurado de modo que no altere la dirección general del trayecto 20 del haz entre la fuente 16 y la primera cara 4' del divisor de haz 4. En la presente realización, y como un ejemplo solamente, el soporte 32 de muestras está situado antes del divisor de haz 4 (en la dirección de propagación del haz de observación 18 a lo largo del trayecto 20) pero puede estar situado después del divisor de haz 4 o incluso situado antes del divisor de haz 4 fuera del alojamiento 10 si la fuente 16 de radiación óptica de observación está también situada fuera del alojamiento 10. Ciertas longitudes de onda del haz de observación 18 interactuarán con material de muestra en el soporte 32 más que otras. Esto produce una variación en intensidad, dependiente de la longitud de onda, del haz de observación 18 que es característica del material en el soporte 32 de muestras. Esta información espectral puede ser extraída de una deconvolución del interferograma de observación, tal como por medio de una transformación de Fourier, en el ordenador 30.

La presente configuración tiene la ventaja de que el desplazamiento de la parte transmitida 22 del haz de referencia a través del divisor de haz 4 (el alejamiento) cuando el espejo móvil 6 es trasladado en vaivén es minimizado en comparación con otras orientaciones relativas de la fuente 12 de radiación óptica monocromática y de la fuente 16 de radiación de observación. Se apreciará sin embargo que otras orientaciones relativas de las fuentes 12, 16 alrededor del eje Y (equivalente aqui al trayecto de propagación 20) pueden ser empleadas sin salir del invento según ha sido reivindicado.

No todas las variables de diseño del interferómetro (4, 6, 8) son seleccionables de manera independiente y el interferómetro 2 de las figs. 1 y 2 puede ser diseñado teniendo en cuenta los criterios de diseño descritos en lo que sigue: Considérese el haz de observación 18 que está siendo lanzado al interferómetro (4, 6, 8) para ser incidente inicialmente en la primera cara 4' del divisor de haz 4 desde la fuente 16 que, en la presente realización, está configurada y orientada de tal modo que la divergencia del haz es simétrica alrededor de una dirección general de la propagación 20 del haz (tal como es definida por la dirección de propagación del centro del haz o del máximo de la distribución de potencia del haz) . Este haz de observación 18 tiene un semiángulo de divergencia, OÍ, con respecto a esta dirección general de propagación del haz 20. Simultáneamente a esto el haz de referencia está siendo lanzado al interferómetro (4, 6, 8) a lo largo del trayecto 14 del haz de referencia para ser inicialmente incidente en la primera cara 4' del divisor de haz en un ángulo, T, al trayecto 20 de propagación del haz de observación 18 en el plano (aquí, como se ha ilustrado en el plano Z-X) que contiene el semiángulo de divergencia a donde, de acuerdo con el presente invento, ?>a. El desplazamiento del espejo móvil 6 varia entre -L y +L. Asi, el desplazamiento total del espejo 6 es Ltot=2L y el retardo varia entre -2L y 2L. El retardo máximo es 5max=2L.

Cuando el retardo del interferómetro (4, 6, 8) es cero, los componentes devueltos del haz de referencia tendrán un solapamiento máximo sobre el divisor de haz 4. Sin embargo, como T no es cero los componentes devueltos del haz de referencia se alejarán uno de otro en el divisor de haz 4 cuando el valor absoluto del retardo aumente por encima de cero. Este es el denominado efecto de alejamiento. Al mayor retardo absoluto, d^, la distancia entre los centros de los componentes del haz de referencia devueltos es: 2L sen(e)=5max 3ß?(?) (2).

La amplitud del interferograma de referencia viene dada por el solapamiento integral de la distribución de intensidad de campo eléctrico de los dos componentes del haz de referencia devuelto, lo que significa que la amplitud es constante sólo si dref»5max sen(9) , donde dref es la anchura total a la mitad del máximo (FWHM) del haz de referencia devuelto (es decir que atraviesa la parte del trayecto 22 de propagación entre el espejo 6 y el divisor de haz 4) sobre el divisor de haz 4. El solapamiento de las magnitudes de las intensidades de campo eléctricas será reducido debido al efecto de alejamiento, ya que los dos componentes del haz devuelto se separan en el divisor de haz 4. Preferiblemente, la fuente 12 de radiación monocromática es una fuente láser que genera un haz de referencia que tiene un único modo espacial y una parte central de haz que está situada en la primera cara 41 del divisor de haz 4. De esta manera, el frente de fase del haz de referencia se hace sustancialmente paralelo lo que maximiza la coherencia espacial y por tanto maximiza el alejamiento tolerable.

Si el haz de referencia es generado con una coherencia espacial elevada, por ejemplo un único modo o un haz limitado de difracción, entonces el alejamiento del haz efectuará principalmente la amplitud del interferograma de referencia. En la práctica, una " cierta envolvente de amplitud sobre el interferograma de referencia es aceptable, y la exigencia sobre el tamaño del haz de referencia devuelto, dref, puede ser relajado a: dre eG^s&nie) (3), donde e es una constante determinada empíricamente, seleccionada de tal modo que la relación de señal a ruido en el detector 26 es . suficiente para permitir determinaciones basadas en características que se repiten periódicamente, típicamente determinaciones del paso por cero, que han de ser hechas a partir del interferograma de referencia.

A partir de los experimentos sobre una configuración particular del invento ilustrada en las figs. 1 y 2 y a modo de ejemplo solamente, se ha encontrado que e¾50 era un valor razonable, teniendo en cuenta las tolerancias típicas en óptica y construcción. Por ejemplo si el tamaño del haz de referencia devuelto es dref=2 mm y ?=10 grados, el retardo máximo, 5max, debe ser menor de 0,23 mm, para mantener una envolvente de amplitud suficiente del interferograma de referencia.

Otra limitación de diseño importante existe entre el semiángulo de divergencia OÍ, del haz de observación 18, la resolución espectral requerida del instrumento espectrométrico 2, AV, y el número de onda máximo, Vmax, al que esta resolución AV ha de ser conseguida. La resolución es inversamente proporcional a tal retardo máximo. Esto puede definirse como 5 =l (??) (4), el límite superior de la divergencia del haz de observación puede ser expresado como: (5).

Así, si por ejemplo, 5max=0,23 mm (como antes) y típicamente el número de onda máximo Vmax=3000 cm"1 la divergencia aceptable máxima de haz es amax=0,085 radianes (o 4,9 grados). La resolución obtenida en este caso es 22 cm"1 limitada por el movimiento del espejo.

El ejemplo anterior ilustra la posibilidad de configurar un interferómetro de exploración (4, 6, 8) con un haz de referencia que tiene un ángulo de incidencia T en la primera cara 4' del divisor de haz 4 que es mayor que el semiángulo de divergencia del haz de observación, , y que obtiene aún la resolución limitada por movimiento del espejo (retardo) . Sin embargo, puede verse también que esta clase de diseño es desfavorable para conseguir una alta resolución como puede apreciarse a partir de una consideración de lo siguiente: siguiendo el ejemplo anterior, el ángulo de incidencia del haz de referencia puede ser reducido a ?=1 grado, para permitir un retardo máximo de 2,3 mm que corresponde a una resolución mejorada de 2,2 era"1. Sin embargo, el requisito sobre el límite superior de divergencia del haz de observación es ahora oímax=0,027 rad (o 1,5 grados), tal que amait>G. Esto significa que el diseño de las figs. 1 y 2 no puede ser realizado, o que el ángulo sólido máximo del haz de observación no puede ser utilizado. En el último caso, la energía de la luz a su través es reducida lo que reduce la relación de señal a ruido en el detector.

Los dos ejemplos descritos anteriormente están ilustrados en el gráfico general de la fig. 3. El eje x muestra el ángulo de incidencia del haz de referencia láser y el ángulo de divergencia del haz de observación respectivamente, y el eje y muestra el retardo máximo correspondiente, suponiendo un tamaño de punto láser de d=2 mm y un número de onda máximo de Vmax=3000 cm"1. Los diseños de baja y alta resolución descritos anteriormente están mostrados con linea de trazos. El gráfico muestra que para los parámetros utilizados aquí, sólo es posible tener un ángulo de incidencia del láser (fuente de referencia) mayor que el ángulo de divergencia, si el retardo máximo es menor de 1 mm aproximadamente. Para un retardo mayor, es decir una resolución mayor, no es posible beneficiarse del ángulo sólido completo del haz de observación 18.

Otra limitación potencial en la exactitud del interferómetro 2 de acuerdo con el presente invento, es el desplazamiento aparente de la longitud de onda como viene dado por el periodo del interferograma de referencia comparado con la longitud de onda física, ?, del haz de referencia monocromático. Con un ángulo de incidencia de T el retardo del haz de referencia es un factor de cos(e)"1 mayor que el movimiento del espejo 6. Así el interferograma de referencia contendrá un factor de cos^)"1 más pasos por cero (u otras características que ocurren periódicamente) que para un ángulo de incidencia de cero grados del haz de referencia y parecerá como una fuente con una longitud de onda de (cos(9) ·?) .

Desde entonces, a partir del diseño del interferómetro, se conoce T con una elevada exactitud de tal modo que un factor de corrección puede ser fácilmente calculado con el fin de compensar este desplazamiento de longitud de onda aparente.

En una realización del presente invento este factor de corrección es empleado en el ordenador 30 cuando se determina el tiempo de muestreo para el interferograma de observación.

Es conocido, por ejemplo por el documento US 2008/0290279, corregir la escala de la longitud de onda de la información espectral extraída desde el interferograma basándose en mediciones de una muestra de referencia que tiene un diseño espectral que comprende características con longitud o longitudes de onda características conocidas. En esa publicación el diseño espectral asociado con el C02 en el aire dentro del interferómetro es empleado con este propósito y es grabado como un componente del interferograma de observación. Así de acuerdo con el presente invento la corrección de la escala de longitud de onda dentro del ordenador 30 puede hacerse utilizando uno o ambos diseños espectrales a partir de muestras de referencia y un factor dependiente del ángulo de incidencia, T, del haz de referencia en el divisor de haz 4.

Otra realización ejemplar de un instrumento espectrométrico 38 de acuerdo con el presente invento está ilustrada en la fig. 4. El instrumento espectrométrico 38 es generalmente de construcción similar a la del instrumento 2 ilustrado en la fig. 1 y comprende un divisor de haz 40, un espejo fijo 42 y un espejo móvil 44 que están configurados en una geometría de interferómetro de tipo Michelson como se ha descrito antes con respecto al instrumento 2 de la fig. 1. En la presente realización el divisor de haz 40, y los espejos 42, 44 son coplanarios con una fuente 46 de radiación óptica de observación (que comprende aquí una fuente de emisión 48 y un elemento 50 de focalización cóncavo que puede cooperar) y una fuente de radiación de referencia 52 (tal como una fuente de radiación de láser monocromática) . Aquí las fuentes de radiación 46, 52 están, junto con el detector 54 de haz de observación asociado y con el detector 56 de radiación de haz de referencia (y, como se ha ilustrado en la presente realización una cubeta 58 de muestras y un ordenador 30 programado de manera adecuada) situados exteriores a un alojamiento 60 del interferómetro en el que el divisor de haz 40 y los espejos 42, 44 están situados. En una ejecución de la presente realización de acuerdo con la fig. 2 una o más de las fuentes 46, 48 y los detectores 54, 56 estarán ópticamente acopladas al alojamiento del interferómetro a través de cables de fibra óptica u otras guias de onda adecuadas (no mostradas) para permitir una configuración de un instrumento espectrométrico 38 más flexible.

Como se ha descrito también en relación al instrumento 2 de la fig. 1, aquí la fuente 52 de radiación de referencia monocromática genera un haz de referencia y lo lanza a lo largo de un trayecto de propagación 62 dentro del alojamiento 60 del interferómetro que es ininterrumpido por elementos ópticos adicionales que causarían una desviación en el trayecto 62 de propagación para incidir inicialmente en una primera cara 40' del divisor de haz 40. La fuente 46 de radiación óptica de observación genera un haz 64 de observación divergente para atravesar un trayecto de propagación 66 e incidir inicialmente en la primera cara 40' del divisor de haz 40 en presencia del haz de referencia. El haz de observación 64 que es lanzado al interferómetro (40, 42, 44) tiene un semiángulo de divergencia o¡ con respecto a su trayecto de propagación 66 y el trayecto de aprobación 62 del haz de referencia está previsto en un ángulo T con el trayecto de propagación 66 del haz de observación 64, en el que de acuerdo con el presente invento ?> .

El instrumento espectrométrico 38 de acuerdo con la segunda realización del presente invento ha sido realizado con los siguientes parámetros de diseño: Fuente de observación 46: Distancia focal del espejo 50, f = 14 mm, Diámetro de la fuente de emisión 48, d=2 rara, Ángulo de divergencia, 2a = d/f = 8,2°, Semiángulo de divergencia, o¡ = 4,1°.

Fuente de referencia 52 Monocromática de láser: Ángulo de incidencia, T = 18°.

Interferómetro 40, 42, 44: Retardo óptimo máximo, 5max=2L=2*0, 24 mm = 0, 048 mm, Número de onda máximo (observación) , Vmax=3300 cm"1, Divergencia limitada de resolución c = (2*0, 024*3300) "1 2=4, 6°, Suponiendo que e=10, entonces por la ecuación (3), dref=l,5 mm.

Asi amax> y el tamaño del punto láser es mayor que 1,5 mm como es requerido por el presente invento.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. - Un instrumento espectrométrico (2; 38) que comprende: un interferómetro de exploración (4, 6, 8; 40, 42, 44) que tiene un divisor de haz (4; 40) para dividir la radiación óptica incidente en un haz reflejado y un haz transmitido; una fuente (12; 52) de radiación óptica monocromática para lanzar un haz de referencia al interferómetro (4, 6, 8; 40, 42, 44) a lo largo de un primer trayecto de propagación (14; 62) para que sea inicialmente incidente sobre una primera cara (4'; 40') del divisor de haz (4; 40); una fuente (16; 46) de radiación óptica de observación para lanzar un haz de observación (18; 64) al interferómetro (4, 6, 8; 40, 42, 44) a lo largo de un segundo trayecto de propagación (20; 66) para que sea inicialmente incidente sobre la primera cara (4'; 40') del divisor de haz (4; 40) y se solape al haz de referencia en la primera cara (4'; 40'); en el que las fuentes de radiación (12; 16; 52; 46) cooperan para generar un primer ángulo (T) entre el primer (14; 62) y el segundo (20; 66) trayecto de propagación respectivo en la primera cara (4'; 40') que es mayor que un semiángulo (OÍ) de divergencia del haz de observación (18; 64).

2. - Un instrumento espectrométrico (2; 38) según la reivindicación 1, que comprende además un detector de referencia (26; 56) para detectar un interferograma de referencia generado a partir del haz de referencia lanzado y un detector de observación (28; 54) para detectar un interferograma de observación a partir del haz (18; 64) de observación lanzado en el que cada detector (26; 28; 56; 54) está situado fuera del trayecto de haz (36; 34; 62; 64) del otro haz.

3.- Un instrumento espectrométrico (2; 38) según la reivindicación 2, que comprende además un procesador (30) de datos conectado operativamente para recibir una salida desde cada uno de los detectores (26; 28; 56; 54) correspondiente a los interferogramas detectados en el que el procesador (30) de datos está adaptado específicamente para procesar las salidas recibidas para corregir errores en la información espectral extraída a partir del interferograma de observación detectado por el detector de observación (28; 54) resultante de haber lanzado el haz de referencia en el primer ángulo (T) .

4. - Un instrumento espectrométrico (2; 38) según la reivindicación 3, en el que el haz de referencia tiene un diámetro de haz y la fuente de radiación monocromática (12; 52) está configurada para lanzar el haz de referencia en el primer ángulo (T) correlacionado con el diámetro del haz para conseguir un grado de solapamiento en la primera cara (4'; 40') del divisor de haz (4; 40) seleccionado para proporcionar una relación de señal a ruido mínima de la salida desde el detector de referencia (26) cuando el espejo (6) es trasladado lo suficiente para permitir la determinación dentro del procesador (30) de datos de características que se repiten periódicamente a partir del interferograma de referencia.

5. - Un método para hacer funcionar un instrumento espectrométrico (2; 38) según la reivindicación 1, que comprende la operación de: lanzar de manera simultánea un haz de referencia desde la fuente (12; 52) de radiación monocromática y un haz (18; 64) de observación divergente desde la fuente (16; 46) de radiación óptica de observación a lo largo de trayectos (14; 20; 62; 66) de propagación respectivos hacia la primera cara (41; 40') del divisor de haz (4; 40) del interferómetro (4, 6, 8; 40, 42, 44), siendo lanzado el haz de referencia a lo largo de su trayecto (14; 62) de propagación para que sea incidente en la primera cara (41; 40') en un primer ángulo (T) con respecto al trayecto (20; 66) de propagación del haz de observación que es mayor que un semiángulo (a) de divergencia del haz de observación (18; 64).

6. - Un método según la reivindicación 5, que comprende además la operación de procesar en un procesador (30) de datos un interferograma obtenido a partir del haz de observación (18; 64) para corregir información espectral derivable a partir de él para errores resultantes de haber lanzado el haz de referencia al primer ángulo (T) .

7. - Un método según la reivindicación 6, en el que la corrección comprende compensar el haz de referencia que tiene una longitud de onda aparente que difiere de una longitud de onda real por un factor de cos(9) .

8. - Un método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que comprende además las operaciones de hacer pasar el haz de observación (18; 64) a través de un material de muestra; y procesar en el procesador (30) de datos el interferograma obtenido a partir del haz de observación (18; 64) para extraer información espectral característica del material de muestra.