ES2259756T3 - Sistema y metodo para controlar una fuente luminosa para espectroscopia de ring-down de cavidad. - Google Patents
Sistema y metodo para controlar una fuente luminosa para espectroscopia de ring-down de cavidad.Info
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Abstract
Aparato para controlar una fuente luminosa (302) destinada a ser usada con una cavidad resonante (318), comprendiendo el aparato: un generador de señal umbral para generar una señal umbral (404) sobre la base de un nivel de una señal de salida de la cavidad resonante (318); un comparador (406) acoplado al generador de señal umbral para recibir la señal de salida de la cavidad resonante, generando el comparador una señal de comparación basada en la señal umbral (404) y la señal de salida de la cavidad resonante (318); un circuito de control (408) para I) recibir la señal de comparación y II) generar una señal de control (408c) para ejecutar al menos una de las operaciones que consisten en activar y desactivar la fuente luminosa sobre la base de la comparación; un primer circuito de retardo (412) acoplado al circuito de control (408) para generar una primera señal de retardo (412a) que tiene un primer periodo de retardo (t1) y es aportada al circuito de control (408), siendo el primer periodode retardo igual a o mayor que un tiempo de estabilización de la fuente luminosa; y un segundo circuito de retardo (414) acoplado al circuito de control (408) para generar una segunda señal de retardo (414a) que tiene un segundo periodo de retardo (t2) y es aportada al circuito de control al final del primer periodo de retardo (t1), siendo el segundo periodo de retardo (t2) igual a o mayor que un periodo de tiempo para que la cavidad resonante (318) quede plenamente cargada con la luz que es generada por la fuente luminosa (302).
Description
Sistema y método para controlar una fuente
luminosa para espectroscopia de ring-down de
cavidad.
Esta invención se refiere en general a la
espectroscopia de absorción, y está en particular dirigida a la
activación y desactivación de una fuente luminosa destinada a ser
usada con un resonador óptico para espectroscopia
ring-down.
Haciendo ahora referencia a los dibujos, en los
que los números de referencia que son iguales se refieren a
elementos que son iguales en todos ellos, la Fig. 1 ilustra el
espectro electromagnético sobre una escala logarítmica. La ciencia
de la espectroscopia estudia los espectros. En contraste con las
ciencias que se ocupan de otras partes del espectro, la óptica
trata en particular sobre la luz visible y sobre la luz cercana a
la visible, que abarcan una parte muy estrecha del espectro
existente que va desde una longitud de onda de aproximadamente 1 mm
hasta una longitud de onda de aproximadamente 1 nm. La luz cercana a
la visible incluye colores más rojos que el rojo (infrarrojo) y
colores más violeta que el violeta (ultravioleta). La gama se
extiende justo lo suficientemente lejos de cada lado de la
visibilidad como para que la luz pueda seguir siendo manejada por
la mayoría de las lentes y de los espejos hechos de los materiales
habituales. A menudo debe considerarse la dependencia de la
longitud de onda de las propiedades ópticas de los materiales.
La espectroscopia del tipo de la de absorción
ofrece una alta sensibilidad, unos tiempos de respuesta del orden
de microsegundos, inmunidad a la contaminación y una limitada
interferencia por parte de especies moleculares distintas de la
especie en estudio. Pueden detectarse o identificarse mediante la
espectroscopia de absorción varias especies moleculares. Así, la
espectroscopia de absorción proporciona un método general para la
detección de trazas de especies importantes. En la fase gaseosa se
ven optimizadas la sensibilidad y selectividad de este método
porque las especies tienen su intensidad de absorción concentrada en
un conjunto de líneas espectrales bien definidas. Las líneas
estrechas en el espectro pueden ser usadas para discriminar frente a
la mayoría de las especies interferentes.
En muchos procesos industriales debe ser medida
y analizada con un alto grado de velocidad y precisión la
concentración de las especies que están presentes a nivel de trazas
en los líquidos y las corrientes gaseosas circulantes. Tal medición
y tal análisis son necesarios porque la concentración de
contaminantes es a menudo decisiva para la calidad del producto
final. Para fabricar circuitos integrados se usan gases tales como
N_{2}, O_{2}, H_{2}, Ar y He, por ejemplo, y la presencia en
esos gases de impurezas, incluso a niveles de partes por billón
(ppb), es dañina y reduce el rendimiento de los circuitos
funcionales. Por consiguiente, la relativamente alta sensibilidad
con la cual puede supervisarse espectroscópicamente la presencia de
agua es importante para los fabricantes de los gases de alta pureza
que son usados en la industria de los semiconductores. En otras
aplicaciones industriales deben ser detectadas varias impurezas.
Además, últimamente ha llegado a ser particularmente preocupante la
presencia de impurezas, ya sea inherentes o bien incorporadas
deliberadamente, en líquidos.
La espectroscopia ha logrado de una detección de
contaminantes gaseosos en los gases de alta pureza a nivel de
partes por millón (ppm). En algunos casos pueden ser alcanzadas
sensibilidades de detección al nivel de ppb. En consecuencia, en
aplicaciones tales como la de la supervisión de la contaminación
cuantitativa en los gases se han aplicado varios métodos
espectroscópicos entre los que se incluyen las mediciones de
absorción en tradicionales celdas de gran longitud de trayecto, la
espectroscopia fotoacústica, la espectroscopia de modulación de
frecuencia y la espectroscopia de absorción con láser intracavidad.
Estos métodos presentan varias características que han sido
expuestas en la Patente U.S. Nº 5.528.040 concedida a nombre de
Lehmann y hacen que los mismos sean difíciles de usar y resulten
inviables para las aplicaciones industriales. Dichos métodos han
quedado por consiguiente limitados en gran medida a las
investigaciones de laboratorio.
En contraste con ello, la espectroscopia
ring-down de cavidad por onda continua
(CW-CRDS) ha llegado a ser una importante técnica
espectroscópica con aplicaciones en los ámbitos de la ciencia, del
control de procesos industriales y de la detección de trazas de
gases atmosféricos. Se ha demostrado que la CW-CRDS
es una técnica de medición de la absorción óptica que resulta
excelente en el régimen de baja absorbancia, en el que los métodos
convencionales tienen una inadecuada sensibilidad. La
CW-CRDS utiliza el tiempo de vida media de los
fotones en un resonador óptico de alta fineza como la sensibilidad
de absorción observable.
Típicamente, el resonador está formado a base de
un par de espejos dieléctricos nominalmente equivalentes, de banda
estrecha y de reflectividad ultra-alta, que están
configurados adecuadamente para formar un resonador óptico estable.
Se inyecta al interior del resonador un impulso de láser a través de
un espejo para alcanzar un tiempo de vida media que depende del
tiempo de tránsito de ida y vuelta de los fotones, de la longitud
del resonador, de la sección de absorción y de la densidad en número
de la especie, y de un factor que da cuenta de las pérdidas
intrínsecas del resonador (que surgen en gran medida en función de
las reflectividades especulares dependientes de la frecuencia
cuando son despreciables las pérdidas por difracción). La
determinación de la absorción óptica es transformada, por
consiguiente, pasando de la medición de la relación de potencia
convencional a una medición del tiempo de decaimiento. La
sensibilidad final de la CW-CRDS viene determinada
por la magnitud de las pérdidas intrínsecas del resonador, que
pueden ser minimizadas con técnicas tales como la de la
superpulimentación, que permiten la fabricación de ópticas de
pérdida ultra-baja.
La Fig. 2 ilustra un aparato de
CW-CRDS convencional 200. Como se muestra en la Fig.
2, la luz es generada desde un láser diódico de onda continua
afinable de banda estrecha 202. El láser 202 es afinado por medio
de la temperatura por un controlador de temperatura (no ilustrado)
para poner su longitud de onda en la deseada línea espectral del
analito. Un modulador acustoóptico (AOM) 204 está posicionado
delante de y en línea con la radiación emitida desde el láser 202.
El AOM 204 constituye un medio para aportar la luz 206 del láser
202 por el eje óptico 219 de la cavidad resonante 218. La luz 206
sale del AOM 204 y es dirigida por los espejos 208, 210 al espejo
220 de la cavidad en forma de la luz 206a. La luz viaja a lo largo
del eje óptico 219 y decae exponencialmente entre los espejos 220 y
222 de la cavidad. La medida de este decaimiento es indicativa de
la presencia o de la ausencia de presencia de una especie que pueda
estar presente a nivel de trazas. El detector 212 está acoplado
entre la salida de la cavidad óptica 218 y el controlador 214. El
controlador 214 está acoplado al láser 202, al procesador 216 y al
AOM 204. El procesador 216 procesa las señales procedentes del
detector óptico 212 a fin de determinar el nivel de trazas de
especies en el resonador óptico 218.
En el AOM 204, un transductor de presión (no
ilustrado) crea una onda sonora que modula el índice de refracción
en un cristal no lineal activo (no ilustrado) por medio de un efecto
fotoelástico. La onda sonora produce un retículo de difracción de
Bragg que dispersa la luz entrante en una pluralidad de órdenes,
tales como el orden cero y el primer orden. Los distintos órdenes
tienen distintas energías del haz luminoso y siguen distintas
direcciones del haz luminoso. En CW-CRDS,
típicamente, un haz luminoso de primer orden 206 es alineado con el
eje óptico 219 de la cavidad 218 al incidir en el espejo de
acoplamiento de entrada 220 de la cavidad, y un haz de orden cero
224 es derivado en vacío con un distinto camino óptico (otros haces
de orden superior son muy débiles y no son por consiguiente
abordados). Así, el AOM 204 controla la dirección de los haces 206,
224.
Cuando el AOM 204 está conectado, la mayor parte
de la potencia luminosa (típicamente hasta un 80%, en dependencia
del tamaño del haz, de los cristales dentro del AOM 204, de la
alineación, etc.) pasa al primer orden a lo largo del eje óptico
219 de la cavidad resonante 218 como luz 206. La restante potencia
del haz pasa al orden cero (luz 224) o a otros órdenes superiores.
El haz de primer orden 206 es usado para la fuente luminosa de
acoplamiento de entrada, y el haz de orden cero 224 típicamente se
deja sin actividad o se usa para componentes de diagnosis. Una vez
que se ha formado energía luminosa dentro de la cavidad, se
desconecta el AOM 204. Esto redunda en que toda la potencia del haz
pasa al orden cero como luz 224 y en que no es acoplada luz 206
alguna al interior de la cavidad resonante 218. La energía luminosa
almacenada dentro de la cavidad sigue un decaimiento exponencial
(ring down).
A fin de "desconectar" la luz láser que
pasa a la cavidad óptica 218 y de así permitir que la energía del
interior de la cavidad óptica 218 experimente "ring down", el
AOM 204, bajo el control del controlador 214 y a través de la línea
de control, varía la dirección de la luz del láser 204 (la desvía)
por el camino 224, y por consiguiente la aparta del camino óptico
219 del resonador óptico 218. Esta solución convencional tiene sin
embargo inconvenientes, por cuanto que hay pérdidas de energía
luminosa primariamente debido a los medios desviadores que están
contenidos dentro del AOM. Pueden estar también presentes otras
pérdidas debido a los espejos 208, 210 que son usados para dirigir
la luz del AOM 204 a la cavidad óptica 218. Se estima que tan sólo
un 50%-80% de la luz que es emitida por el láser 202 llega
finalmente al resonador óptico 218 como luz 206a debido a estas
pérdidas. Además, estos sistemas convencionales son costosos, y el
AOM requiere espacio adicional y un excitador del AOM (no
ilustrado) dentro del sistema.
Para superar las deficiencias de los sistemas
convencionales, se aporta un sistema mejorado y un método mejorado
para controlar y aportar luz láser a una cavidad resonante. Un
objeto de la presente invención es el de sustituir el sistema de
control/AOM convencional por un sistema de control simplificado y
rentable.
Para alcanzar ese y otros objetivos y con vistas
a la consecución de sus finalidades, la presente invención aporta
un aparato y un método mejorados para controlar a una fuente
luminosa destinada a ser usada con una cavidad resonante. El
aparato incluye un controlador para recibir una comparación de una
señal de detección y un umbral predeterminado, generando el
comparador una señal de control para ejecutar una de las operaciones
que consisten en activar y desactivar la fuente luminosa sobre la
base de la comparación; un primer circuito de retardo acoplado al
controlador para generar una primera señal de retardo para el
controlador; y un segundo circuito de retardo acoplado al
comparador y al controlador para generar una segunda señal de
retardo dirigida al controlador sobre la base de la comparación de
la señal de detección y del umbral predeterminado.
Según otro aspecto de la invención, la fuente
luminosa suministra luz como energía de entrada que es aportada a
la cavidad resonante para medir la presencia de un analito en la
cavidad resonante.
Según un aspecto adicional de la invención, la
luz de la fuente es acoplada a la cavidad resonante por una fibra
óptica.
Según otro aspecto adicional de la invención, un
colimador acopla la luz al interior de la cavidad resonante.
Según otro aspecto adicional de la invención, un
comparador genera una señal de salida que es aportada al
controlador y está basada en una comparación de la señal de
detección y de un umbral predeterminado.
Según otro aspecto adicional de la invención, un
detector está acoplado entre la salida de la cavidad resonante y el
comparador y genera una señal basada en la salida de luz de la
cavidad resonante.
Según otro aspecto adicional de la invención, la
fuente luminosa es desactivada sobre la base de la primera señal de
retardo.
Según otro aspecto adicional de la invención, la
fuente luminosa es activada después de un final del primer periodo
de retardo.
Según otro aspecto adicional de la invención,
tras un final del primer periodo de retardo la fuente luminosa es
activada y se forma energía dentro de la cavidad por medio de la
modulación de corriente.
Según otro aspecto más de la invención, se mide
durante el primer periodo de retardo el nivel de un analito
presente en la cavidad resonante.
Según otro aspecto adicional de la invención, el
controlador desactiva la fuente luminosa derivando un suministro de
corriente para la fuente luminosa.
Según otro aspecto más de la invención, la
fuente luminosa es un láser.
El método incluye los pasos de detectar una
salida de señal de energía luminosa de la cavidad resonante;
comparar la señal detectada con un umbral predeterminado; generar
una señal de control para controlar la fuente luminosa sobre la
base de la comparación; generar una primera señal de retardo para el
controlador; generar una segunda señal de retardo después del final
de la primera señal de retardo; producir una modulación de
corriente; y medir un nivel del analito después de un final de la
segunda señal de retardo.
Debe entenderse que tanto la descripción general
precedente como la siguiente descripción detallada tienen la
finalidad de ejemplificar pero no limitar en modo alguno la
invención.
Como mejor podrá comprenderse la invención es a
la luz de la siguiente descripción detallada al leerla en
conjunción con los dibujos acompañantes. Se subraya que, de acuerdo
con la práctica común, los distintos elementos de los dibujos no
están a escala. Por el contrario, las dimensiones de los distintos
elementos están arbitrariamente ampliadas o reducidas en aras de la
claridad. Están incluidas en los dibujos las figuras siguientes:
La Fig. 1 ilustra el espectro electromagnético
sobre una escala logarítmica;
la Fig. 2 ilustra un sistema de
CW-CRDS del estado de la técnica;
la Fig. 3A ilustra un ejemplo de realización de
la presente invención;
la Fig. 3B ilustra otra ejemplo de realización
de la presente invención;
la Fig. 4 es una ilustración de un ejemplo de
controlador de la presente invención; y
la Fig. 5 es un gráfico que ilustra varias
temporizaciones de retardo según un ejemplo de realización de la
presente invención.
La Fig. 3A ilustra un ejemplo de realización de
la presente invención. Como se muestra en la Fig. 3A, es generada
luz desde una fuente luminosa 302 tal como un láser diódico de onda
continua, afinable y de banda estrecha. La fuente luminosa 302 es
afinada por medio de la temperatura por un controlador de
temperatura (no ilustrado) para poner su longitud de onda sobre la
deseada línea espectral del analito de interés. La energía luminosa
procedente de la fuente luminosa 302 es acoplada al colimador de
fibra 308 a través de la fibra óptica 304. La energía luminosa 306
es a su vez aportada por el colimador 308 a la cavidad resonante 318
y en dirección prácticamente paralela a su eje óptico 319. El
detector 312 está acoplado entre la salida de la cavidad óptica 318
y el controlador 314. El controlador 314 está acoplado a la fuente
luminosa 302 y al sistema de análisis de datos 316. El sistema de
análisis de datos 316, tal como un ordenador personal u otro
procesador especializado, procesa las señales procedentes del
detector óptico 312, bajo el control del controlador 314, a fin de
determinar el nivel de trazas de la especie (del analito) que está
presente en el resonador óptico 318.
Preferiblemente, la fuente luminosa 302 es un
láser semiconductor de radiación de pequeña anchura de línea,
afinable y controlado por medio de la temperatura y de la corriente,
que opera en el espectro que va desde la radiación visible hasta el
infrarrojo cercano y medio. Como alternativa, la fuente luminosa 302
puede ser un láser diódico semiconductor de cavidad externa.
La cavidad resonante 318 preferiblemente
comprende al menos un par de espejos de alta reflectividad 320, 322
y una celda de gas 321 en la cual están montados los espejos. La
celda 321 puede ser una celda de flujo o una celda de vacío, por
ejemplo. Como alternativa y como se muestra en la Fig. 3B, la
cavidad resonante 318 puede constar de un par de prismas 324, 326 y
de una correspondiente celda de gas 321.
El detector 212 es preferiblemente un detector
fotovoltaico, tal como fotodiodos o tubos fotomultiplicadores (PMT),
por ejemplo.
Haciendo ahora referencia a la Fig. 4, se
muestra en la misma un detallado diagrama de bloques del controlador
314. Como se muestra en la Fig. 4, la memoria intermedia 402 recibe
la señal 313 (que representa a la amplitud de la señal de ring
down) procedente del detector 312 (que está ilustrado en las Figs.
3A-3B). El comparador 406 recibe la señal 313
introducida en la memoria intermedia y lleva a cabo una comparación
con una señal umbral 404. En funcionamiento, la señal umbral 404 es
incrementada hacia arriba hasta que la salida del comparador 406 es
un estado cero. Entonces, la señal umbral 404 se decrementa hasta
que el comparador 406 da una señal de salida. Como resultado de
ello, la señal umbral 404 queda basada en el nivel de la señal de
ring down. De esta manera, el circuito de control es capaz de
determinar cuándo se disipa la salida de señal de ring down del
detector 312.
El circuito de control 408 genera la señal de
control 408a sobre la base de la disipación de la señal de ring
down a fin de activar el primer circuito de retardo 412. Al final
del primer periodo de retardo (tiempo t1 como se muestra en la Fig.
5), es generada y aportada al circuito de control 408 la señal 412a.
A su vez, el circuito de control 408 genera la señal 408b para
activar el segundo circuito de retardo 414, y aporta la señal 408c
al circuito de conmutación 410, el cual a su vez activa la fuente
luminosa 302 (ilustrada con línea imaginaria y descrita
anteriormente con respecto a las Figs. 3A y 3B). Al final del
periodo de retardo t2 (ilustrado en la Fig. 5), el circuito de
retardo 414 genera la señal 414a que es aportada al circuito de
control 408 para indicar que la fuente luminosa 302 se ha
estabilizado y para dar comienzo a un tercer periodo de tiempo t3
(ilustrado en la Fig. 5). El periodo de tiempo t3 (que se describe
detalladamente más adelante con respecto a la Fig. 5) es usado para
asegurar que la cavidad resonante 318 esté plenamente cargada
mediante modulación de corriente con energía luminosa antes de
medir la concentración del analito. Al final del periodo de tiempo
t3, es desactivada la señal de control 408c, lo cual es a su vez
usado por el circuito de conmutación 410 para desactivar la fuente
luminosa 302. En una realización de la presente invención, el
circuito de conmutación 410 deriva la corriente de la fuente
luminosa 302 usando dispositivos de potencia convencionales para
desactivar la fuente luminosa 302.
En coincidencia con la desactivación de la señal
408c, es también generada y aportada al sistema de análisis de
datos 316 (ilustrado con línea imaginaria y descrito anteriormente
con respecto a las Figs. 3A y 3B) la señal 408d. A pesar de que las
señales 408c y 408d están ilustradas como señales independientes,
puede ser preferible combinarlas en una única señal de control, si
se desea. En una solución de este tipo puede ser necesario un
acondicionamiento de la señal 408c para establecer un conveniente
nivel lógico de la señal de control (basado en señales digitales,
por ejemplo) para permitir el correcto control del sistema de
análisis de datos 316.
La señal 408d (en la solución en la que se
emplean dos señales 408c/408d) es usada por el sistema de análisis
de datos 316 para indicar que la fuente luminosa 302 ha sido
desactivada y que debe comenzar la medición del analito. En este
punto, el proceso se repite para medir los sucesivos ring downs
inicializando de nuevo el primer circuito de retardo 412 por medio
del circuito de control 408.
Puesto que la anterior descripción se refiere a
una medición de analitos en curso, el circuito tiene que ser
inicializado antes de la primera medición. Para llevar a cabo esta
inicialización, es aportada como entrada al primer circuito de
retardo 412 una señal de inicialización 420. Al haber sido activada
la señal de inicialización 420, tal como por medio de un botón o de
una señal de control del sistema de análisis de datos 316, por
ejemplo, comienza el periodo de tiempo de retardo t0. El proceso
sigue entonces el procedimiento que ha sido perfilado
anteriormente.
En el ejemplo de realización, el circuito de
conmutación 410 desempeña tres funciones: 1) actuar como un
excitador de la corriente de láser suministrando la corriente de
excitación del láser para una deseada salida de potencia de láser;
2) producir una modulación de corriente que redunda en una formación
de energía dentro de la cavidad 318; y 3) actuar como un
conmutador/derivador de corriente para activar/desactivar la
excitación con corriente de la fuente luminosa 302.
Como resultado de ello, el controlador 314
activa la fuente luminosa 302 para generar energía en el interior
de la cavidad resonante 318, emplea un primer retardo para permitir
que la fuente luminosa 302 se estabilice antes de buscar nuevos
datos, utiliza un segundo retardo para esperar a que se forme
suficiente energía luminosa en la celda, y desconecta entonces la
energía que es aportada a la fuente luminosa 302. Se emplea otro
retardo tras haber sido retirada de la fuente luminosa 302 la
energía para permitir que la energía luminosa experimente por
completo el ring down. Este proceso es entonces repetido para los
datos de ring-down de una única longitud de onda a
una temperatura determinada. Los espectros de
ring-down son procesados por el sistema de análisis
de datos 316. Estos varios retardos están ilustrados en la Fig.
5.
Como se muestra en la Fig. 5, en el punto t0 en
el tiempo es activada la fuente luminosa 302 aportando la corriente
de funcionamiento I, que es superior a la corriente umbral I0 de la
fuente luminosa. La corriente umbral I0 varía según el tipo de
fuente luminosa que se utilice. El tiempo de retardo t2 representa
el retardo para permitir que se estabilice la fuente luminosa. En
un ejemplo de realización, el retardo temporal t2 se ajusta a
aproximadamente 100 mseg. El tiempo de retardo t3 representa el
tiempo que se deja transcurrir para permitir que se forme la
modulación de corriente dentro de la cavidad resonante 318. Hay que
señalar que el tiempo que se requiere para que se forme la
modulación de corriente dentro de la cavidad resonante 318 es <
< t3.
En un ejemplo de realización, el retardo
temporal t3 está basado en la frecuencia de modulación f de la
fuente luminosa 302, y es preferiblemente igual a aproximadamente
1/f. El retardo temporal t1 está basado en el tiempo de ring down
de la cavidad resonante 318. A fin de dejar que transcurra un tiempo
suficiente para que la energía luminosa experimente "ring
down" en la cavidad resonante 318, el retardo temporal t1 es
preferiblemente ajustado a aproximadamente diez (10) veces el
tiempo de ring down de la cavidad.
El controlador 416 de la temperatura del láser,
bajo el control de medios convencionales (no ilustrados), lleva a
cabo un control de la temperatura para la fuente luminosa 302 para
la generación de una deseada frecuencia de luz a una determinada
temperatura. La frecuencia es seleccionada sobre la base del
específico analito de interés.
Mediante la presente invención se logran varias
ventajas, tales como las siguientes:
\bullet Se permite el uso de casi un 100% de
la potencia de haz generada por la fuente luminosa 202 (puede haber
pérdidas despreciables aunque indetectables dentro de la fibra
óptica 304 y del colimador 308). La más alta formación de energía
intracavidad proporciona una mejor relación señal/ruido y reduce el
ruido de granalla. Esto es extremadamente beneficioso cuando la
fuente luminosa es débil. Como se ha mencionado anteriormente,
típicamente tan sólo poco más o menos un 50 \sim 80% de la
potencia luminosa pasa al primer orden cuando la luz pasa a través
de un AOM.
\bullet Se logran ahorros de costes al
eliminar el AOM. Un AOM de los que pueden adquirirse típicamente en
el mercado cuesta aproximadamente 2.000 \textdollar.
\bullet Se simplifica la instalación de
CW-CRDS. Esto permite contar con más flexibilidad
espacial para los dispositivos de la instalación, y elimina la
sensibilidad mecánica y óptica que es introducida por el AOM en el
entorno de ensayo.
A pesar de que ha sido aquí ilustrada y descrita
haciendo referencia a determinadas realizaciones específicas, la
presente invención no deberá sin embargo quedar limitada a los
detalles que han sido expuestos. Por el contrario, los detalles
pueden ser objeto de diversas modificaciones siempre dentro del
ámbito y del alcance de los equivalentes a las reivindicaciones y
sin por ello salir fuera del espíritu de la invención.
Claims (32)
1. Aparato para controlar una fuente luminosa
(302) destinada a ser usada con una cavidad resonante (318),
comprendiendo el aparato:
un generador de señal umbral para generar una
señal umbral (404) sobre la base de un nivel de una señal de salida
de la cavidad resonante (318);
un comparador (406) acoplado al generador de
señal umbral para recibir la señal de salida de la cavidad
resonante, generando el comparador una señal de comparación basada
en la señal umbral (404) y la señal de salida de la cavidad
resonante (318);
un circuito de control (408) para I) recibir la
señal de comparación y II) generar una señal de control (408c) para
ejecutar al menos una de las operaciones que consisten en activar y
desactivar la fuente luminosa sobre la base de la comparación;
un primer circuito de retardo (412) acoplado al
circuito de control (408) para generar una primera señal de retardo
(412a) que tiene un primer periodo de retardo (t_{1}) y es
aportada al circuito de control (408), siendo el primer periodo de
retardo igual a o mayor que un tiempo de estabilización de la fuente
luminosa; y
un segundo circuito de retardo (414) acoplado al
circuito de control (408) para generar una segunda señal de retardo
(414a) que tiene un segundo periodo de retardo (t_{2}) y es
aportada al circuito de control al final del primer periodo de
retardo (t_{1}), siendo el segundo periodo de retardo (t_{2})
igual a o mayor que un periodo de tiempo para que la cavidad
resonante (318) quede plenamente cargada con la luz que es generada
por la fuente luminosa (302).
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el primer circuito de retardo (412) es inicializado por una señal
de control (408a).
3. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la fuente luminosa (302) aporta luz como energía de entrada a la
cavidad resonante (318) que se usa para medir la presencia de un
analito en la cavidad resonante.
4. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la luz de la fuente (302) es acoplada a la cavidad resonante (318)
por una fibra óptica (304).
5. Aparato según la reivindicación 4, que
comprende además un colimador de fibra (308) que está acoplado entre
la fibra óptica (304) y una entrada de la cavidad resonante
(318).
6. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la señal umbral (404) es I) incrementada hacia arriba hasta que la
salida del comparador (406) alcanza un estado cero sobre la base del
nivel de la señal de ring-down de la cavidad
resonante, y II) es entonces decrementada hasta que la salida del
comparador deviene positiva.
7. Aparato según la reivindicación 1, que
comprende además un detector (312) acoplado entre una salida de la
cavidad resonante (318) y el comparador (406), generando el detector
la señal (313) del detector.
8. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la fuente luminosa (302) es desactivada sobre la base del primer
periodo de retardo (t_{1}) del primer circuito de retardo
(412).
9. Aparato según la reivindicación 8, en el que
el primer periodo de retardo (t_{1}) está basado en un periodo de
tiempo de ring down de la cavidad resonante (318).
10. Aparato según la reivindicación 9, en el que
el primer periodo de retardo (t_{1}) es aproximadamente 10 veces
el periodo de ring down.
11. Aparato según la reivindicación 8, en el que
la fuente luminosa (302) es activada después de un final del primer
periodo de retardo (t_{1}).
12. Aparato según la reivindicación 8, en el que
un nivel de analito presente en la cavidad resonante (318) es
medido durante el primer periodo de retardo (t_{1}).
13. Aparato según la reivindicación 1, en el que
el segundo periodo de retardo (t_{2}) del segundo circuito de
retardo (414) está basado en un tiempo de estabilización de la
fuente luminosa (302).
14. Aparato según la reivindicación 13, en el
que el segundo periodo de retardo (t_{2}) es de aproximadamente
100 mseg.
15. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la primera señal de retardo (412a) es generada después de un tercer
periodo de retardo (t_{3}).
16. Aparato según la reivindicación 15, en el
que el tercer periodo de retardo (t_{3}) está basado en una
frecuencia de modulación de la fuente luminosa (302).
17. Aparato según la reivindicación 16, en el
que el tercer periodo de retardo (t_{3}) es un inverso de la
frecuencia de modulación.
18. Aparato según la reivindicación 15, en el
que el tercer periodo de retardo (t_{3}) sigue al segundo periodo
de retardo (t_{2}).
19. Aparato según la reivindicación 15, en el
que la energía luminosa (306) se forma dentro de la cavidad
resonante (318) durante el tercer periodo de retardo (t_{3}).
20. Aparato según la reivindicación 1, en el que
la fuente luminosa es un láser.
21. Sistema que comprende el aparato de la
reivindicación 1, comprendiendo el sistema:
una cavidad resonante (318);
un detector (312) acoplado a una salida de la
cavidad resonante (318) para generar una señal (313) del detector
basada en una salida de luz de la cavidad resonante (318);
el circuito de control (408) acoplado a la
fuente luminosa (302), activando y desactivando directamente el
circuito de control (408) a la fuente luminosa (302) sobre la base
de la señal de detección; y
un sistema de análisis de datos (316) acoplado
al circuito de control (408) para procesar la señal de detección y
determinar un nivel del analito que está presente en la cavidad
resonante.
22. Sistema según la reivindicación 21, en el
que el circuito de control (408) desactiva a la fuente luminosa
derivando un suministro de corriente para la fuente luminosa
(302).
23. Sistema según la reivindicación 21, que
comprende además una fibra óptica (304) que acopla la energía
luminosa de la fuente luminosa (302) a la cavidad resonante
(318).
24. Sistema según la reivindicación 23, que
comprende además un colimador de fibra (308) acoplado entre un
extremo de la fibra óptica (304) y la cavidad resonante (318).
25. Sistema según la reivindicación 21, en el
que el circuito de control (408) activa la fuente luminosa por
espacio de un primer periodo de tiempo predeterminado y desactiva la
fuente luminosa por espacio de un segundo periodo de tiempo
predeterminado.
26. Sistema según la reivindicación 25, en el
que el primer periodo predeterminado está aproximadamente basado en
un tiempo de estabilización de la fuente luminosa.
27. Sistema según la reivindicación 26, en el
que el primer periodo predeterminado está adicionalmente basado en
una frecuencia de modulación de la fuente luminosa (302).
28. Sistema según la reivindicación 21, en el
que la fuente luminosa (302) es un láser.
29. Sistema según la reivindicación 21, en el
que la energía es energía luminosa.
30. Método para medir la presencia de un analito
en una cavidad resonante destinada a ser usada con una fuente
luminosa, comprendiendo el método los pasos de:
detectar una salida de señal de energía luminosa
de la cavidad resonante;
generar una señal umbral sobre la base de un
nivel de una señal de salida de la cavidad resonante;
comparar la señal detectada con la señal
umbral;
generar una señal de control para controlar la
activación y la desactivación de la fuente luminosa sobre la base
de la comparación;
generar una primera señal de retardo que tiene
un primer periodo de retardo y es aportada al controlador, siendo
el primer periodo de retardo igual a o mayor que un tiempo de
estabilización de la fuente luminosa;
generar una segunda señal de retardo que tiene
un segundo periodo de retardo después de un final de un primer
periodo de retardo, siendo el segundo periodo de retardo igual a o
mayor que un periodo de tiempo para que la cavidad resonante quede
plenamente cargada con la luz que es generada por la fuente
luminosa; y
medir un nivel del analito después de un final
de un segundo periodo de retardo.
31. Método según la reivindicación 30, que
comprende adicionalmente los pasos de:
activar la fuente luminosa a continuación de la
generación de la segunda señal de retardo;
y
desactivar la fuente luminosa durante al menos
dicho primer periodo de retardo.
32. Método según la reivindicación 30, que
comprende además el paso de aportar una señal de inicialización
para inicializar la primera señal de retardo.
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