ES2834097T3 - Espectrómetro que comprende un modulador espacial de luz - Google Patents

Abstract

Un espectrómetro (2; 20; 30; 40) que comprende una entrada (4; 24; 36; 44) para radiación óptica; un elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) para dispersar la radiación óptica que pasa desde la entrada (4; 24; 36; 44) por longitud de onda; una salida (16; 28; 38; 52) y un modulador espacial de luz ('SLM') (12; 26; 34; 50) dispuesto para recibir una región de longitudes de onda de radiación óptica de entrada dispersada por el elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) como una región de longitudes de onda de interés (Δλ) y operable para dirigir selectivamente porciones de longitudes de onda de la región de longitudes de onda de interés (Δλ) para recibirlas en la salida (16; 28; 38; 52); caracterizado porque la entrada (4; 24; 36; 44) se configura para proporcionar una pluralidad de topes de campo de entrada (C, D; C', D'; E, F) mediante cada uno de los cuales el elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) está, en uso, iluminado y cada uno de los cuales está posicionado para cooperar con el elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) para generar una región de longitud de onda dispersa diferente en el SLM (12; 26; 34; 50) que juntos proporcionan la región de longitudes de onda de interés (Δλ) más grande que cualquiera de las diferentes regiones de longitud de onda dispersas en el SLM (12; 26; 34; 50).

Description

DESCRIPCIÓN

Espectrómetro que comprende un modulador espacial de luz

La presente invención se refiere a un espectrómetro que comprende un modulador espacial de luz (SLM) tal como un dispositivo digital de microespejos (DMD). Tales espectrómetros se describen en los documentos US 7652 765 B1, US 6 128078 A y US 5504 575 A.

Los espectrómetros se emplean en el análisis de las variaciones de intensidad de la radiación óptica dependientes de la longitud de onda, desde las regiones espectrales ultravioleta hasta las infrarrojas. Típicamente, en estos espectrómetros se emplea un elemento de dispersión tal como un prisma o una rejilla de difracción para dispersar la radiación óptica incidente por longitud de onda en un plano de dispersión preferente. Se proporciona una entrada que comprende un tope de campo de entrada, típicamente una rendija de entrada, que actúa como un limitador de paso de banda para la radiación óptica que incide sobre el elemento de dispersión. Este tope de campo determina esencialmente la resolución óptica y el rendimiento del espectrómetro.

Como es bien sabido, el elemento de dispersión puede moverse, típicamente rotado alrededor de un eje perpendicular al plano de dispersión, para barrer las longitudes de onda individuales de una región de longitudes de onda de interés de la radiación óptica dispersada secuencialmente sobre una salida que puede ser un detector, una rendija de salida u otro colector de radiación óptica. Esto impone requisitos de precisión significativos al sistema mecánico empleado para efectuar el movimiento del elemento de dispersión, a menudo pesado, y se sabe que tales sistemas son susceptibles a perturbaciones mecánicas externas y desgaste.

Una solución conocida a este problema es proporcionar un espectrómetro que tenga un elemento de dispersión estático e incorpore un arreglo de detectores de elementos direccionables por separado en lugar del detector único empleado típicamente junto con el elemento de dispersión móvil. El elemento de dispersión estacionario opera para dispersar una región de longitud de onda de interés que aquí se distribuye por longitud de onda a través de los elementos del arreglo de detectores en el plano de dispersión. Sin embargo, la detección de señales requiere componentes electrónicos sofisticados y relativamente costosos y los arreglos de detectores son en sí mismos relativamente costosos, particularmente para arreglos de detectores adecuados para la detección de longitudes de onda en la región infrarroja.

Además, los espectrómetros que comprenden un SLM se conocen, por ejemplo, por el documento US5504575, que está asignado a Texas Instruments Incorporated, y abordan tanto los problemas del movimiento mecánico del elemento de dispersión como el uso de un arreglo de detectores. De acuerdo con el espectrómetro SLM conocido, se proporciona una entrada por medio de la cual se ilumina un prisma estacionario, una rejilla u otro tipo de elemento de dispersión de longitud de onda, que típicamente tiene un plano de dispersión preferente. Se proporciona un SLM, como un DMD, un modulador magnetoóptico o un dispositivo de cristal líquido, para recibir, distribuida por longitud de onda a través de su superficie activa, una región completa de longitud de onda de interés que ha sido dispersada en el plano de dispersión preferente por el elemento de dispersión. Activando (o desactivando) pequeñas porciones (es decir, células) de su superficie activa, el SLM es operable para dirigir selectivamente una porción de longitudes de onda de la región de longitudes de onda de interés recibida a la salida. Mediante la activación y desactivación apropiadas de las células individuales o grupos de células (típicamente grupos de células en una dirección perpendicular al plano de dispersión, es decir, columnas) se pueden proporcionar a la salida diferentes bandas estrechas de longitud de onda de la región de interés de las longitudes de onda recibidas. De esta manera, se puede barrer secuencialmente toda la región de longitudes de onda de interés a través de la salida y se puede emplear un solo elemento detector.

Un problema con el espectrómetro SLM conocido es que el elemento SLM debe ser lo suficientemente grande para que toda la región de longitud de onda de interés en el espectro dispersado incida sobre su superficie activa sin comprometer la resolución o la eficiencia de la luz. Particularmente cuando se usa un dispositivo DMD como el SLM, existe una tendencia hacia la introducción de dispositivos más pequeños y de menor costo, lo que hace que los dispositivos más grandes sean obsoletos o, al menos, más costosos. El uso de una pluralidad de elementos SLM dispuestos para recibir juntos la región de longitudes de onda completa de interés también tiene un coste prohibitivo.

Es un objetivo de la presente invención aliviar al menos un problema mencionado anteriormente asociado con el espectrómetro SLM. Por consiguiente, un primer aspecto de la presente invención proporciona un espectrómetro de acuerdo con la reivindicación 1. Empleando múltiples topes de campo de entrada, es posible multiplexar la pluralidad de diferentes regiones espectrales en el mismo SLM y así hacer que un SLM pequeño se comporte como uno más grande. Por tanto, puede generarse un espectro de longitud de onda extendido en la salida mediante una combinación adecuada de las regiones de longitud de onda individuales sin la necesidad de aumentar el tamaño físico del SLM.

En una modalidad, se proporciona una pluralidad de fuentes de radiación óptica, cada una para iluminar el elemento de dispersión a través de una abertura de entrada diferente asociada, que actúa como un tope de campo de entrada. Cada fuente de la pluralidad se configura para generar radiación óptica que tiene un intervalo de longitudes de onda sustancialmente el de la región de longitudes de onda en el SLM generado por su apertura asociada. De esta manera, el espectrómetro se puede hacer más eficiente energéticamente ya que sustancialmente toda la energía producida por la fuente se proporciona en el SLM.

Estas y otras ventajas de la invención se comprenderán mejor a partir de la consideración de la siguiente descripción de modalidades ilustrativas con referencia a las figuras de los dibujos adjuntos en los que: La Figura 1 ilustra un diagrama de bloques funcional de un espectrómetro SLM de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 ilustra una modalidad multiplexada por división de tiempo del espectrómetro SLM ilustrado de manera general en la Figura 1; La Figura 3 ilustra una modalidad multiplexada por división espacial del espectrómetro SLM ilustrado de manera general en la Figura 1; y la Figura 4 ilustra una segunda modalidad multiplexada por división de tiempo del espectrómetro SLM ilustrado de manera general en la Figura 1.

Con referencia ahora a la Figura 1, un espectrómetro de acuerdo con la presente invención 2 comprende una entrada 4 que tiene una pluralidad de topes de campo de entrada mediante cada uno de los cuales un mismo elemento de dispersión 6 puede ser iluminado por radiación óptica 8. La radiación óptica 8 es generada opcionalmente por una fuente de radiación óptica 10 o puede emanar de un material de muestra bajo investigación, dependiendo del uso previsto del espectrómetro 2. La entrada 4 puede comprender, por ejemplo y sin limitación, una pluralidad de aberturas de entrada individuales, una única abertura de entrada móvil o una pantalla LCD u otro segundo dispositivo SLM, cuyos elementos son controlables para simular aberturas de entrada físicas, como se describirá con más detalle más abajo.

El elemento de dispersión 6, que puede ser por ejemplo y sin limitación un prisma, una rejilla de transmisión o de reflexión difracción, se proporciona para dispersar por longitud de onda la radiación óptica incidente que le llega a través de los topes de campo de entrada de la entrada 4. Un modulador espacial de luz (SLM) 12 está posicionado para recibir al menos una parte de la radiación óptica dispersada distribuida por longitud de onda a través de una superficie activa 14. El SLM 12 es de construcción conocida, ya sea un dispositivo reflectante o transmisivo, con la superficie activa 14 que comprende una matriz de elementos controlables individualmente dispuestos en columnas de modo que las diferentes columnas de la matriz recibirán una longitud de onda o una banda estrecha de longitudes de onda dispersada a través de un ángulo diferente por el elemento de dispersión 6.

Se proporciona una salida 16 que puede ser, por ejemplo y sin limitación, un puerto de salida, un extremo de un haz de fibra óptica, un detector u otro colector de luz, para recibir radiación óptica que se dirige a él mediante el funcionamiento apropiado de los elementos de la superficie activa 14 del SLM 12. Un controlador 18 se configura de manera conocida para controlar el funcionamiento del SLM 12 y, opcionalmente, la entrada 4 y la fuente de radiación 10.

El espectrómetro 2 se ha descrito anteriormente en términos de elementos de bloques funcionales y se apreciará que uno cualquiera o más de estos elementos pueden comprender una o más unidades separadas conectadas operativamente para proporcionar la funcionalidad descrita. Además, también se apreciará que otros componentes ópticos tales como espejos, ópticas de enfoque y/o colimación pueden incluirse en el espectrómetro 2 pero no son esenciales para la comprensión de la presente invención y, por lo tanto, se omiten en la descripción general anterior del espectrómetro 2 de acuerdo con la presente invención.

Con referencia ahora a la Figura 2, se ilustra una modalidad 20 del espectrómetro 2 de la Figura 1 de acuerdo con la presente invención configurada para una operación multiplexada por división de tiempo. Se usa una rejilla 22 de difracción reflectante de enfoque cóncavo del tipo de formación de imágenes de campo plano iluminada mediante una entrada 24 de múltiples aberturas, que está formada por una pluralidad (dos ilustradas) de topes de campo de entrada, aquí ranuras de entrada física C, D. La rejilla de difracción 22 genera una imagen de las rendijas C, D que se dispersa por el componente de longitud de onda a través de un SLM en forma de un DMD 26, cuya superficie activa 14 (rejilla enfrentada 22) comprende, como es bien conocido en la técnica, un conjunto aéreo de espejos co-operables para formar las columnas descritas anteriormente con referencia a la Figura 1.

El DMD 26 es operable para dirigir selectivamente porciones de longitud de onda de la región de longitud de onda incidente a una salida 28 de fibra óptica. Se proporciona una fuente de radiación óptica 10 que en la presente modalidad comprende una pluralidad (dos ilustradas) de fuentes ópticas S^c , S^d energizables individualmente, cada una de las cuales está asociada con una correspondiente de la pluralidad de ranuras de entrada C, D y que, en una modalidad, puede configurarse para generar solo radiación óptica en una región de longitudes de onda correspondiente sustancialmente a esa región dispersada a través del DMD 26. En otras modalidades, la fuente 10 puede comprender una única fuente de radiación de banda ancha para iluminar todos los topes de campo de entrada.

Un controlador (no mostrado, pero véase el elemento 18 de la Figura 1) se proporciona para conmutar selectivamente cada fuente S^c, S^d, a su vez, como se discutirá en mayor detalle más abajo.

La naturaleza de una rejilla es dispersar la radiación óptica por longitud de onda en un plano preferente. El ángulo de dispersión, p, para una longitud de onda dada, A, es proporcional a su ángulo de incidencia, a, en la rejilla (ángulos medidos con respecto a la normal de la rejilla, n) de acuerdo con la conocida 'fórmula de la rejilla': sin (a) sin (p) = rA/d (1) donde r es el número de orden de la dispersión yd es el espaciado de las ranuras. Esto significa que para cualquier longitud de onda dada, el ángulo de dispersión, p, para un orden particular, r, dependerá del ángulo de incidencia, a.

La Figura 2, la Figura 3 y la Figura 4 están dibujadas de manera que este plano preferente es el plano XY del sistema de coordenadas XYZ representado en las figuras. La siguiente descripción se refiere a ángulos y desplazamientos en este plano preferente o proyectados sobre este plano. Para hacer esta descripción más clara, primero se define una línea normal a la superficie de la rejilla en el centro de la rejilla como la normal a la rejilla, n, que se encuentra en el plano preferente. Luego, mediante el uso de la normal a la rejilla elegida, los ángulos de la normal a la rejilla, n, se definen como rotación alrededor del punto, P, en la intersección de la normal a la rejilla y la superficie de la rejilla.

Considerando ahora el espectrómetro 20 de la Figura 2 con mayor detalle, en la modalidad mostrada cada una de las fuentes de radiación óptica S^c , S^d, están adaptadas para generar radiación óptica en una misma banda de longitud de onda que se extiende entre una longitud de onda mínima A^mín y una máxima longitud de onda A^máx. En la presente modalidad, esta banda completa de longitudes de onda, constituye una región de longitudes de onda de interés, AA, para ser usada en investigaciones que emplean el espectrómetro 20.

Cada fuente, por ejemplo, S^c , está adaptada para iluminar completamente su rendija de entrada asociada, por ejemplo, C. De manera útil, cada fuente S^c , S^d puede, por ejemplo, consistir en una matriz lineal de LED que se extiende a lo largo de la ranura en una dirección perpendicular al plano preferente. La luz de la rendija de entrada asociada, digamos C, sigue un camino de luz, L^c , para incidir en la superficie del elemento de dispersión, aquí la rejilla de difracción cóncava 22, en un ángulo de incidencia, ac, para ser difractada de manera dependiente de la longitud de onda hacia el DMD 26 e iluminan sustancialmente toda una columna asociada. La luz de la longitud de onda máxima, A^máx, se dispersará a través de un ángulo P^cmáx, a lo largo de la trayectoria de luz L^cmáx, mientras que la luz de longitud de onda mínima, A^mín, se dispersará a través de un ángulo P^cmín, a lo largo de la trayectoria de luz L^cmín. De manera similar, la luz de la rendija de entrada asociada, S^d, seguirá una trayectoria de luz L^d (ilustrada por la construcción discontinua en la Figura 2), para incidir en la superficie de la rejilla 22 en un ángulo de incidencia, aD, que es diferente del ángulo de incidencia, ac, para la luz de la rendija C. De acuerdo con la ecuación (1) se puede ver que para una misma longitud de onda la luz de la rendija D se dispersará a través de un ángulo diferente p de modo que la luz del longitud de onda máxima, A^máx, se dispersará para atravesar una trayectoria de luz L^dmáx, mientras que la luz de longitud de onda mínima, A^mín, se dispersará para atravesar un camino de luz L^dmín (como se ilustra mediante la construcción de línea discontinua en la Figura 2).

El DMD 26 está ubicado en el plano preferente para recibir en su superficie activa 14 un intervalo de longitudes de onda, A^{c i}-A^c2, dentro del espectro total que se dispersa por la luz que pasa a través de la rendija de entrada C y un intervalo de longitud de onda, A^{d i}-A^d2, dentro del espectro total que se dispersa desde la luz que pasa a través de la rendija de entrada D. Dado que los ángulos de incidencia, ac, aD, de la luz de las respectivas rendijas C, D son diferentes, como se discutió anteriormente, entonces el intervalo de longitud de onda asociado con cada ranura C, D, que incide en el DMD 26, será diferente.

Con el DMD 26 y la rejilla 22 en una geometría relativa fija, las posiciones de las ranuras de entrada C, D pueden seleccionarse para proporcionar ángulos de incidencia tales que (considerando la ecuación (1)) los intervalos de longitud de onda A^{c i}-A^c2 y A^{d i}-A^d2, se combinan para proporcionar la región de longitudes de onda de interés, AA. En la presente modalidad, la disposición de las ranuras de entrada C, D, la rejilla 22 y el DMD 26 es tal que proporciona A^d2=A^mín y A^{c i}=A^máx.

De manera útil y en una configuración de la modalidad de la presente invención de acuerdo con la Figura 2 cada fuente S^c, S^d está diseñada para proporcionar una salida que tiene solamente los componentes de longitud de onda de los correspondientes intervalos de longitud de onda que van a ser recibidos en la superficie activa del DMD 26. Así, por ejemplo, la fuente S^c , produce solo longitudes de onda en el intervalo A^{c i}-A^c2. Esto se puede lograr a través de una selección apropiada de los LED como la fuente S^c y tiene una ventaja de que la energía no se desperdicia en la generación de longitudes de onda que son inusables en el espectrómetro 20 y que pueden causar señales de fondo no deseadas.

En la presente modalidad del espectrómetro 20 del 2 ilustrado de manera general en la Figura 1, el controlador 18 (no mostrado en la Figura 2) está adaptado para cambiar cada fuente S^c , S^d por separado y sin superposición para iluminar el DMD 26 a través del rejilla 22 a través de cada ranura de entrada C, D por separado para proporcionar una señal multiplexada por división de tiempo en el DMD 26. El controlador 18 se adapta además para controlar el funcionamiento de la superficie activa 14 del d Md 22 para escanear los rangos de longitud de onda A^c1-A^c2 y A^{d i}-A^d2 a su vez sobre la salida de fibra óptica 28, en esta modalidad, controlando los elementos de espejo de la superficie 14 en forma de columna a través de las filas del DMD 22.

En una configuración alternativa de la modalidad de acuerdo con la Figura 2, la fuente óptica 10 puede ser una única fuente de banda ancha que, en uso, se energiza continuamente y cada tope de campo C, D de la rendija de entrada puede cerrarse selectivamente de modo que la rejilla 22 se ilumine solo por una rendija de entrada a la vez.

En una configuración adicional de la modalidad de acuerdo con la Figura 2, el controlador 18 está adaptado para operar las fuentes S^c, S^d simultáneamente con diferentes frecuencias de operación para iluminar el DMD 26 a través de la rejilla 22 a través de cada ranura de entrada C, D simultáneamente para proporcionar una señal multiplexada por división de frecuencia en el DMD 26.

Con referencia ahora a la Figura 3, se ilustra una modalidad 30 del espectrómetro 2 de la Figura 1 de acuerdo con la presente invención configurada para una operación multiplexada por división espacial. Para facilitar la comprensión, el espectrómetro 30 de la Figura 3 se ilustra teniendo de manera general la misma disposición geométrica de rejilla de reflexión de enfoque cóncavo 32 y SLM en forma de DMD 34 que el espectrómetro 20 de la Figura 2.

La configuración de la entrada 36 de apertura múltiple es diferente de la de la Figura 2. Esta entrada 36 está formada por una pluralidad (dos ilustradas) de topes de campo de entrada, aquí ranuras de entrada físicas, E, F, digamos, que están desplazadas entre sí no solo en el plano preferente sino también en un plano que define la longitud de la ranura perpendicular al plano preferente y cada uno tiene una longitud menor que la requerida para la iluminación de sustancialmente toda una columna de la superficie activa 14 del DMD 34.

Al igual que con las ranuras de entrada C, D de la modalidad del espectrómetro 20 de la Figura 2, cada una de las ranuras de entrada E, F de la presente modalidad, cuando está iluminada por fuentes asociadas S^e, S^f, proporciona trayectorias de luz asociadas L^e, L^f, que tienen diferentes ángulos de incidencia, aE, aF, en la rejilla 32. A partir de la consideración de la descripción anterior con respecto a la Figura 2, se apreciará que esto dará como resultado que diferentes intervalos de longitud de onda asociados A^{e i}-A^e2 y A^{f i}-A^f2, respectivamente, se dispersen a través de las columnas de la superficie activa 14 (no mostrado) del DMD 34.

A diferencia de las rendijas de entrada C, D de la modalidad del espectrómetro 20 de la Figura 2, las rendijas de entrada E, F de la presente modalidad están desplazadas entre sí de modo que la luz pasa a través de una rendija asociada y se difracta a través de un mismo ángulo de difracción, p, iluminará regiones diferentes, preferentemente no superpuestas R^e,R^f, preferentemente regiones controlables individualmente, de una misma columna del DMD 34.

En la presente modalidad del espectrómetro 30 de los 2 ilustrados generalmente en la Figura 1, el controlador 18 (no mostrado en la Figura 3) está adaptado para energizar cada fuente S^e, S^f simultáneamente iluminando así el DMD 34 a través de la rejilla 32 a través de cada ranura de entrada E, F simultáneamente para proporcionar una señal multiplexada por división espacial en el DMD 34. El controlador 18 se adapta además para controlar el funcionamiento de la superficie activa del DMD 34 para escanear los intervalos de longitud de onda A^{e i}-A^e2 y A^f1-A^f2 a su vez sobre la abertura de salida 38. Se apreciará que las fuentes S^e, S^f, pueden conmutarse por separado y sin solapamiento para iluminar cada región de columna del DMD 34 a su vez sin apartarse de la invención según se reivindica.

De manera útil, en la presente modalidad, las fuentes de luz S^e, S^f pueden comprender láseres de banda ancha como SLED.

Con referencia ahora a la Figura 4, se ilustra una modalidad 40 del espectrómetro 2 de la Figura 1 configurado para una operación multiplexada por división de tiempo similar a la descrita con referencia a la modalidad de la Figura 2. En la presente modalidad 40, un elemento 42 de dispersión de rejilla de difracción de transmisión está dispuesto para la iluminación a través de un tope de entrada de campo múltiple en forma de un primer dispositivo DMD 44. Un segundo DMD 50 está posicionado para recibir a través de su superficie activa 14 (frente al elemento de dispersión 42) radiación óptica que ha sido dispersada por longitud de onda por el elemento de dispersión 42 y es operable, aquí por medio del controlador 18, para dirigir selectivamente porciones de longitud de onda de la radiación óptica incidente a un puerto de salida, aquí en forma de fibra óptica 52. De esta manera, toda la región de longitudes de onda de la radiación óptica incidente en el segundo DMD 50 puede barrerse a través del puerto de salida 52.

El primer dispositivo 44 de DMD está provisto de una superficie 46 activa que comprende una red aérea de microespejos controlables individualmente, ilustrada por el elemento 48. El controlador 18 está configurado aquí para controlar el funcionamiento de los elementos 48 de microespejos individuales en forma de columna para cambiar entre una posición en la que los espejos de una columna particular reflejan todos la luz hacia el elemento 42 de difracción y una posición en la que los mismos espejos no reflejan la luz hacia el elemento de difracción 42. De esta manera, las columnas individuales de microespejos se pueden hacer para formar una pluralidad de topes de campo de entrada C', D' que pueden emular las ranuras de entrada físicas C, D de la Figura 2.

La radiación óptica de una fuente, aquí, una fibra óptica 54 para iluminar la superficie activa 46 del primer DMD 44. Una columna apropiadamente conmutada, digamos C', de elementos de microespejos dirige la radiación óptica incidente para seguir una trayectoria de luz Le a través de una lente 56 de colimación, por ejemplo, para incidir sobre el elemento 42 de dispersión de la red de difracción de transmisión. El elemento de dispersión 42 actúa para dispersar la radiación óptica que se transmite a través de él de una manera dependiente de la longitud de onda hacia el segundo DMD 50. De manera similar al espectrómetro 20 de la Figura 2, la luz de una longitud de onda máxima A^máx se dispersará para seguir una trayectoria de luz L^c'^máx, a través de una lente de enfoque 58, por ejemplo, mientras que la luz de una longitud de onda mínima A^mín se dispersará para seguir una trayectoria de luz L^{c m ín} . De manera similar, cuando se cambia apropiadamente, la columna D' de microespejos reflejará la radiación óptica incidente de la fibra óptica 54 para seguir una trayectoria de luz L^d', a través de una lente de colimación 56, por ejemplo, para incidir sobre el elemento de dispersión de la red de difracción de transmisión 42 en un ángulo de incidencia diferente al asociado con la luz reflejada por cualquier otra columna (digamos la columna C'). Dado que los ángulos de incidencia de la radiación óptica reflejada desde las columnas D' y C' son diferentes, de acuerdo con la ecuación (1) sus ángulos de dispersión serán diferentes. Así, la luz de la longitud de onda máxima Amáx se dispersará para seguir una trayectoria de luz Ldmáx, a través de una lente de enfoque 58, por ejemplo, mientras que la luz de la longitud de onda mínima Amín se dispersará para seguir un camino de luz Ld'máx.

Al igual que con el espectrómetro 20 de la Figura 2, en la presente modalidad del espectrómetro 40 con el segundo DMD 50 y la rejilla 42 en una geometría relativa fija, la posición del primer DMD 44 y, por lo tanto, las de los topes del campo de entrada C', D' pueden seleccionarse para proporcionar ángulos de incidencia de modo que (considerando la ecuación (1)) los intervalos de longitud de onda Ac-i-Ac'2 y Ad'i -Ad'2 se combinen para proporcionar la región de longitudes de onda de interés, AA. En la presente modalidad, la disposición del primer DMD 44, la rejilla 42 y el segundo DMD 50 es tal que proporciona Ad'2=Amín y Ac-f Amáx.

En otras modalidades que usan el primer DMD 44 para proporcionar la pluralidad de topes de campo de entrada, el controlador 18 puede adaptarse adecuadamente para cambiar diferentes columnas de microespejos a diferentes frecuencias y/o cambiar diferentes grupos de microespejos en diferentes columnas con el fin de simular aberturas de entrada que están desplazadas entre sí no solo a través de la superficie activa 46 (es decir, columnas diferentes) sino también que están desplazadas entre sí en una dirección perpendicular al plano preferente (es decir, a lo largo de una columna). De esta manera, la operación multiplexada por división de tiempo, frecuencia y/o espacial puede ser proporcionada por un espectrómetro único y versátil.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un espectrómetro (2; 20; 30; 40) que comprende una entrada (4; 24; 36; 44) para radiación óptica;

   un elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) para dispersar la radiación óptica que pasa desde la entrada (4; 24; 36; 44) por longitud de onda;

   una salida (16; 28; 38; 52) y un modulador espacial de luz ('SLM') (12; 26; 34; 50) dispuesto para recibir una región de longitudes de onda de radiación óptica de entrada dispersada por el elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) como una región de longitudes de onda de interés (AA) y operable para dirigir selectivamente porciones de longitudes de onda de la región de longitudes de onda de interés (AA) para recibirlas en la salida (16; 28; 38; 52);

   caracterizado porque la entrada (4; 24; 36; 44) se configura para proporcionar una pluralidad de topes de campo de entrada (C, D; C', D'; E, F) mediante cada uno de los cuales el elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) está, en uso, iluminado y cada uno de los cuales está posicionado para cooperar con el elemento de dispersión (6; 22; 32; 42) para generar una región de longitud de onda dispersa diferente en el SLM (12; 26; 34; 50) que juntos proporcionan la región de longitudes de onda de interés (AA) más grande que cualquiera de las diferentes regiones de longitud de onda dispersas en el SLM (12; 26; 34; 50).

   2. Un espectrómetro (20; 30) como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque se proporcionan una pluralidad de fuentes de radiación óptica (S^c , S^d; S^e, S^f), cada una para iluminar el elemento de dispersión (22; 32) por medio de un tope de campo de entrada diferente asociado (C, D; E, F), y en que cada fuente (S^c , S^d; S^e, S^f) se configura para generar radiación óptica que tiene un intervalo de longitudes de onda sustancialmente el de la región de longitudes de onda dispersada incidente en el SLM (26; 34) generado por su tope de campo de entrada asociado (C, D; E, F).

   3. Un espectrómetro (20; 40) como se reivindicó en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque se proporciona un controlador (18) en conexión con una o ambas de la entrada (44) y la pluralidad de fuentes de radiación óptica (S^c , S^d) y adaptado para controlar el funcionamiento de uno o ambos para generar una señal multiplexada por división de tiempo en el SLM (26; 50).

   4. Un espectrómetro (20) como se reivindicó en la reivindicación 3, caracterizado porque el controlador (18) está conectado operativamente a la pluralidad de fuentes (S^c , S^d) y está adaptado para conmutar cada fuente (S^c , S^d) en secuencia y sin superposición para generar la señal multiplexada por división de tiempo.

   5. Un espectrómetro (20) como se reivindicó en la reivindicación 2, caracterizado porque se proporciona un controlador (18) en conexión con la pluralidad de fuentes de radiación óptica (Sc, S^d) y adaptado para controlar su funcionamiento para generar una señal multiplexada por división de frecuencia en el SLM (26).

   6. Un espectrómetro (20) como se reivindicó en la reivindicación 5, caracterizado porque el controlador (18) está adaptado para activar cada fuente (S^c , S^d) simultáneamente y con diferentes frecuencias de modulación de intensidad para generar la señal multiplexada por división de frecuencia en el SLM (26).

   7. Un espectrómetro (30) como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de topes de campo de entrada (E, F) y el elemento de dispersión (32) se colocan además de forma cooperativa para iluminar diferentes regiones (R^f, R^e) del SLM (34) con radiación óptica de un tope de campo diferente asociado (F, E) y difractada a través de un mismo ángulo de difracción (p).

   8. Un espectrómetro (30) como se reivindicó en la reivindicación 7, caracterizado porque cada tope de campo de entrada (E, F) se proporciona desplazado del otro para proporcionar en el elemento de dispersión (32) un ángulo de incidencia diferente (aE, aF) para radiación óptica y cada uno de los cuales está desplazado del otro en una dirección perpendicular a un plano de dispersión preferente (X-Y) del elemento de dispersión (32).

   9. Un espectrómetro (30) como se reivindicó en la reivindicación 7, caracterizado porque el controlador (18) está adaptado para activar cada fuente (S^e, S^f) simultáneamente.

   10. Un espectrómetro (20; 30; 40) como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque el SLM (26; 34;

   50) es un dispositivo digital de microespejos ("DMD").

   11. Un espectrómetro (20; 30) como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de dispersión (22; 32) es una rejilla de reflexión de enfoque cóncava.

   12. Un espectrómetro (40) como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento de dispersión (42) es una rejilla de transmisión difracción.

   13. Un espectrómetro (40) como se reivindicó en la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada (44) comprende un SLM, preferentemente un DMD, que tiene una superficie activa (46) controlable para definir la pluralidad de topes de campo de entrada (C', D').