Principios de análisis instrumental

160 Capítulo 7 Componentes de los instrumentos ópticos «< 80 "' ·¡; ~ E 60 "' ~ Ancho de banda O) efectivo= 15 Á -o "' 40 ·~ ~ ~ o o. 20 QUL~~~~f~_L~~~~L_~~~ 5090 S JI O 6215 6225 6940 6960 Longitud de onda, Á FIGURA 7.11 Características de transmisión de los filtros de interfe– rencia comunes. Interferórnetro de Fabry-Perot Otro instrumento importante que se basa en la interferencia es el interferómetro de Fabry-Perot. Consta de una lámina de mate– rial transparente con caras exactamente paralelas revestidas con un material no absorbente y de gran reflexión. Otra posibilidad es un separador de espesor determinado hecho de invar o de cuarzo, también con caras paralelas, que se coloca entre dos espejos para formar el interferómetro. El ancho de banda del dispositivo está determinado por la reflectividad de los revestimientos o espejos, y la distancia entre los espejos define la separación de las bandas transmitidas. El interferómetro se puede inclinar para variar la banda que se transmite. Si las superficies reflectoras están confi– guradas con una capa de aire entre ellas de modo que su sepa– ración se pueda ajustar en forma mecánica, el instrumento se denomina interferómetro de Fabry-Perot. Los interferómetros de Fabry-Perot son muy utilizados en experimentos de rayos láser, espectroscopia y en las comunicaciones con fibra óptica para separar bandas de frecuencia. Los filtros de Fabry-Perot son capa– ces de aislar anchos de banda de radiación muy estrechos. Están disponibles comercialmente con longitudes de onda centrales que van de los 190 nm a 2100 nm. Cuñas de interferencia Son un par de láminas similares a espejos, parcialmente transpa– rentes, que están separadas por una capa de material dieléctrico en forma de cuña. El largo de las láminas oscila de 50 a 200 mm. La longitud de onda de la radiación transmitida varía en forma continua de un extremo al otro cuando cambia el espesor de la cuña. Al seleccionar la posición lineal apropiada a lo largo de la cuña se puede aislar un ancho de banda de casi 20 nm. Estos filtros pueden pasar longitudes de onda (largas o filtros de paso alto) o cortas (cortas o filtros de paso bajo) . Al combinar filtros de paso alto y de paso bajo, se crea un filtro de paso de banda variable. Hay cuñas de interferencia para la región visible (300 a 800 nm), la región del infrarrojo cercano (1000 a 2000 nm) y para par- tes de la región infrarroja (2.5 a 14.5 ,um) . Pueden sustituir a los prismas o rejillas en los monocromadores. Filtros holográficos Los dispositivos ópticos holográficos y, en particular, los fil– tros holográficos 13 forman parte de una oferta creciente de instru– mentos y materiales ópticos derivada de la amplia disponibilidad de la técnica láser. En la figura 7.12a se presenta el diagrama de un acomodo experimental convencional para producir hologramas. La radiación coherente de un rayo láser choca contra un divisor de rayos, donde el haz se divide en dos, el 1 y el 2, que se mues– tran en la figura. Los dos rayos se redireccionan a través de los dos espejos de la superficie frontal y se recombinan en la superfi– cie de la película fotosensible fina (10-50 flm). Puesto que los dos rayos mutuamente coherentes tienen una relación fase-intensidad fija, producen un patrón de interferencia muy uniforme de barras luminosas y oscuras, o franjas, sobre la superficie de la película, como se ilustra en la figura 7.12b. Estas franjas de interferencia sensibilizan la película, una capa de emulsión fotográfica o de polímero fotorresistivo, de modo que las áreas sensibilizadas pueden revelarse o eliminarse disolviéndolas, para dejar una estructura en bajorrelieve sobre la superficie del sustrato. Esta estructura se recubre con aluminio o con otro material reflector para producir una red de reflexión holográfica. Las características y usos de las rejillas se describen con más detalle en la sección 7C.2. Un segundo aparato holográfico que puede fabricarse de modo similar es el holograma de transmisión de volumen. Estos dispositivos se forman dentro de una capa gruesa (> 100 flm) de material fotosensible colocado entre dos capas transparentes, como se muestra a la derecha en la figura 7.12a. El sistema se sitúa en el plano de intersección de los dos rayos láser como antes, y las franjas de interferencia se forman en todo el volumen de la capa de la película y no sólo en su superficie. Cuando los dos rayos se cortan en ángulos iguales respecto a la normal de la superficie de la película, se forma dentro de ésta un patrón en franjas modu– lado en forma sinusoidal, como el que se ilustra en la figura 7. 12c, y el volumen total de la película se sensibiliza con dicho patrón. Para "fijarlo'; la película se revela, y produce un patrón correspon– diente de variación del índice de refracción dentro del material de la película. Si el ángulo de incidencia de los dos rayos se hace asimétrico respecto a la normal de la película, el patrón resultante de la modulación del índice de refracción puede estar inclinado, como se observa en la figura 7. 12d. Al controlar la longitud de onda del rayo láser y el ángulo de incidencia del haz, la frecuen– cia de la modulación del índice de refracción se podría adaptar a las condiciones del dispositivo. Estos dispositivos se usan también como rejillas y filtros para eliminar radiación indeseable, como líneas de plasma y bandas laterales de radiación del rayo láser. Tal vez el dispositivo holográfico más útil se obtiene cuando se reemplaza con un espejo la cara posterior transparente de la película gruesa y la película se ilumina con un solo rayo láser. El haz penetra la superficie frontal de la película, se refleja desde la interfase entre la parte posterior de la película y el espejo, y forma un patrón de interferencia dentro de la película paralelo a la cara, como se ilustra en la figura 7.12e. Estos dispositivos se llaman 13 V. Toa!, lntroduction to Holography, Boca Raton, FL: CRC Press, 2012; ). R. Lako– wicz, Principies of Fluorescence Spectroscopy, 3a. ed., New York: Springer, 2006.