Espectroscopía Vernier
La espectroscopia Vernier es un tipo de espectroscopia de absorción láser mejorada en cavidad que es especialmente sensible a los gases traza. El método utiliza un láser de peine de frecuencia combinado con una cavidad óptica de alta delicadeza [1] para producir un espectro de absorción de una manera altamente paralela. El método también es capaz de detectar trazas de gases en muy baja concentración debido al efecto de mejora del resonador óptico en la longitud efectiva del camino óptico. [2]
La comprensión del principio de funcionamiento de la espectroscopía Vernier requiere una comprensión de los láseres de peine de frecuencia . El campo eléctrico oscilante de un láser (o cualquier señal dependiente del tiempo) se puede representar mediante una suma de señales sinusoidales en el dominio de la frecuencia utilizando la serie de Fourier . El campo eléctrico oscilante de un láser coherente de onda continua (cw) se representa como un solo pico estrecho en la representación del dominio de la frecuencia. Si el láser está modulado en amplitudPara producir un tren estable de pulsos muy cortos (generalmente a través del bloqueo de modo), la representación del dominio de frecuencia equivalente es una serie de picos de frecuencia estrechos centrados alrededor de la frecuencia cw original del láser. Estos picos de frecuencia están separados por la frecuencia de los pulsos en el dominio del tiempo. Esto se llama tasa de repetición del peine de frecuencia.
Dado que la sensibilidad de la espectroscopia de absorción depende de la longitud del camino de la luz en la muestra de prueba, la espectroscopia mejorada por cavidad alcanza una alta sensibilidad al crear múltiples pases a través de la muestra, multiplicando efectivamente la longitud del camino. La espectroscopia Vernier utiliza una cavidad de alta delicadeza para producir una gran mejora. Una cavidad óptica de alta delicadeza también producirá una condición de resonancia aguda, donde solo la luz que está acoplada a ella con frecuencias que coinciden con un armónico del rango espectral libre de la cavidad producirá interferencia constructiva y una salida apreciable de la cavidad.
Solo habrá una salida apreciable del resonador óptico cuando un pico de frecuencia del láser de peine de frecuencia coincida con un armónico del rango espectral libre de la cavidad. En espectroscopía Vernier, la relación entre la tasa de repetición del peine de frecuencia y el rango espectral libre de la cavidad es N / (N-1), donde N es un número entero, de modo que solo cada N pico del peine de frecuencia satisfará el condición de resonancia de la cavidad óptica y propagarse a través de ella y la muestra. Esto se elige para que los dos conjuntos de resonancias formen una escala Vernier., dando el nombre a la técnica. Esto es esencial porque una tasa de repetición de peine de frecuencia típica es del orden de las radiofrecuencias, lo que dificulta la tarea de resolver y detectar componentes de frecuencia individuales. Si se hace que N sea grande, entonces la separación de frecuencia de los picos de salida del resonador será lo suficientemente grande como para ser resuelta por un espectrómetro de rejilla simple . Si la longitud de la cavidad se cambia ligeramente, generalmente mediante un actuador piezoeléctrico, entonces también cambiará el rango espectral libre de la cavidad. Este FSR cambiante desarrolla un nuevo conjunto de resonancias con el peine de frecuencia a medida que avanza el escaneo, escaneando efectivamente a través de los conjuntos de picos "filtrados" del peine de frecuencia.
