Los investigadores han desarrollado un nuevo espectrómetro de imágenes que es mucho más liviano y más pequeño que los instrumentos de última generación y, al mismo tiempo, mantiene el mismo alto nivel de rendimiento. Debido a su pequeño tamaño y diseño modular, el nuevo instrumento está preparado para llevar esta técnica analítica avanzada a vehículos aéreos e incluso misiones de exploración planetaria.

Los espectrómetros de imágenes registran una serie de imágenes monocromáticas que se utilizan para el análisis espacial y espectral de un área. Este enfoque analítico se aplica ampliamente en campos como las ciencias atmosféricas, ecología, geología, Agricultura y Bosques. Sin embargo, el gran tamaño de los instrumentos ha impedido su uso en algunas aplicaciones.

En la revista Optical Society (OSA) Óptica aplicada , Los investigadores dirigidos por Ronald B. Lockwood del Laboratorio Lincoln del MIT describen su nuevo espectrómetro de imágenes compacto VNIR / SWIR (CCVIS) Chrisp. Tiene un volumen aproximadamente 10 veces más pequeño que la mayoría de los dispositivos actuales. Una versión del CCVIS tiene 8,3 cm de diámetro y 7 cm de largo, aproximadamente del tamaño de una lata de refresco.

El espectrómetro está diseñado para registrar imágenes espectrales en longitudes de onda que abarcan de 400 a 2500 nm. Esto incluye el visible y el infrarrojo cercano (VNIR), así como las porciones del espectro del infrarrojo cercano de onda corta (SWIR).

"Nuestro instrumento compacto facilita la aplicación de espectroscopía de imágenes para una variedad de problemas científicos y comerciales, como el despliegue en pequeños satélites para exploración planetaria o el uso de sistemas aéreos no tripulados para fines agrícolas, ", dijo Lockwood." Creemos que nuestro nuevo espectrómetro también podría usarse para estudiar el cambio climático, una de las aplicaciones más interesantes de un espectrómetro de imágenes ".

Hacer un espectrómetro más pequeño

La mayoría de los espectrómetros de imágenes actuales utilizan una configuración óptica Offner-Chrisp porque ofrece un excelente control de los errores ópticos llamados aberraciones. Sin embargo, este diseño requiere una configuración óptica relativamente grande. El nuevo CCVIS desarrollado por los investigadores funciona de manera muy similar a la configuración Offner-Chrisp pero con nuevos componentes ópticos que crean un diseño más compacto.

Para hacer el nuevo CCVIS, los investigadores utilizaron una lente catadióptrica que combina elementos reflectantes y refractivos en un solo componente. Esto creó un instrumento más compacto sin dejar de controlar las aberraciones ópticas. Los investigadores también utilizaron una rejilla de reflexión plana especial que se sumerge en un medio refractivo en lugar de aire. Esta rejilla ocupa menos espacio que una rejilla tradicional manteniendo la misma resolución.

Fácil fabricación

"El CCVIS utiliza una rejilla plana en lugar de una rejilla cóncava o convexa que requiere la fabricación con complejas técnicas de mecanizado de diamante o litografía por haz de electrones, ", dijo Lockwood." Desarrollamos un enfoque de microfabricación fotolitográfica en escala de grises que utiliza una exposición única para hacer la rejilla y no requiere un procesamiento intensivo de mano de obra por haz de electrones ".

Para probar su nuevo diseño, los investigadores demostraron el espectrómetro usando una configuración de laboratorio. Sus experimentos verificaron que el CCVIS tenía el rendimiento esperado en todo el campo de visión.

"El tamaño compacto del CCVIS significa que se puede convertir en módulos que podrían apilarse para aumentar el campo de visión, ", dijo Lockwood." También hace que sea relativamente fácil de mantener estable sin cambios de temperatura para que la alineación óptica, y por lo tanto rendimiento espectral, permanece sin cambios."

Como paso hacia el objetivo final de una demostración basada en el espacio, los investigadores están buscando financiación para desarrollar un prototipo completo que podría probarse a fondo desde un vehículo aerotransportado.