Optimización de parámetros físicos en instrumentos espectroscópicos e implementación de un espectrómetro aplicados a la caracterización de materiales fotosensibles

Abstract

En esta tesis se presenta la optimización óptica de un monocromador Czerny-Turner, la implementación de un espectrómetro Czerny-Turner, y sus aplicaciones a la caracterización de películas fotosensibles; en base a la espectroscopia de absorción ultravioleta-visible. Como trabajo futuro se propone implementar un equipo de espectroscopia de fluorescencia utilizando el espectrómetro que se ha implementado en esta tesis. El trabajo inicial que se realiza en esta tesis, es la descripción de los elementos ópticos (rejillas de difracción, lentes, espejos cóncavos) que se utilizan en un monocromador o espectrómetro. Luego se da a conocer las características de la configuración óptica Czerny-Turner para un monocromador y un espectrómetro, así como las recomendaciones a seguir para utilizarlo óptimamente y como calibrarlo. También se describe los parámetros ópticos de un monocromador y un espectrómetro, con la finalidad de optimizar el equipo de acuerdo a la aplicación requerida. Dentro del fundamento teórico se ha descrito la interferencia óptica entre dos haces de luz monocromática, el cual fundamenta el grabado de rejillas holográficas en una emulsión fotosensible. En la parte experimental, se caracteriza un monocromador Czerny-Turner JOBIN YVON H-25 y se automatiza para ser controlado mediante un programa elaborado en MATLAB. Parte de su caracterización ha sido la simulación del sistema óptico del monocromador para determinar sus límites de resolución, optimización del alineamiento óptico e identificar los problemas de interferencia entre órdenes de difracción que generan luz no deseada en el monocromador. Luego de automatizar el monocromador se ha acoplado un sistema óptico para que se obtenga un espectrofotómetro. Con este espectrofotómetro se han registrado curvas de absorbancia y transmitancia de materiales fotosensibles (gelatina dicromatada), que luego han sido analizadas con la finalidad de optimizar la elaboración de estos materiales fotosensibles. Se han propuesto diseños ópticos de un espectrofotómetro y un espectrómetro. En base al diseño óptico del espectrómetro se ha implementado este instrumento para ser aplicado en la caracterización de materiales fotosensibles y películas delgadas. El espectrómetro ha sido implementado con recursos de la Asociación Civil Puya Raimondi. Otro de los trabajos experimentales desarrollados en el Laboratorio de Óptica de la UNI, ha sido la elaboración y caracterización de emulsiones fotosensibles de gelatina dicromatada. Se ha evaluado su sensibilidad óptica frente a dos longitudes de ondas diferentes, en base a los espectros de transmitancia registrados con el monocromador JOBIN YVON H-25 y con el espectrómetro implementado. En base a los espectros de transmitancia se concluye que la sensibilidad óptica de las emulsiones decae con la longitud de onda. En un futuro trabajo se propone el grabado y caracterización de rejillas holográficas en emulsiones de gelatina dicromatada con otras longitudes de onda, es especial con luz ultravioleta. Otro futuro trabajo, es implementar una réplica del espectrómetro, en el Laboratorio de Óptica de la Universidad Nacional de Ingeniería; con la finalidad que este sea parte de un equipo de espectroscopia de fluorescencia.