Os pesquisadores desenvolveram um novo espectrômetro de imagem que é muito mais leve e menor do que os instrumentos de última geração, mantendo o mesmo alto nível de desempenho. Devido ao seu tamanho pequeno e design modular, o novo instrumento está preparado para trazer essa técnica analítica avançada para veículos aerotransportados e até mesmo para missões de exploração planetária.

Os espectrômetros de imagem registram uma série de imagens monocromáticas que são usadas para análise espacial e espectral de uma área. Esta abordagem analítica é amplamente aplicada em campos como ciências atmosféricas, ecologia, geologia, Agricultura e Florestamento. Contudo, o grande tamanho dos instrumentos tem impedido seu uso em algumas aplicações.

Na revista Optical Society (OSA) Óptica Aplicada , pesquisadores liderados por Ronald B. Lockwood do MIT Lincoln Laboratory descrevem seu novo espectrômetro de imagem VNIR / SWIR compacto Chrisp (CCVIS). Ele tem um volume cerca de 10 ou mais vezes menor do que a maioria dos dispositivos atuais. Uma versão do CCVIS tem 8,3 cm de diâmetro e 7 cm de comprimento, mais ou menos do tamanho de uma lata de refrigerante.

O espectrômetro é projetado para registrar imagens espectrais em comprimentos de onda que variam de 400 a 2500 nm. Isso inclui as porções de infravermelho próximo e visível (VNIR), bem como as porções de infravermelho próximo de ondas curtas (SWIR) do espectro.

"Nosso instrumento compacto facilita a aplicação de espectroscopia de imagem para uma variedade de problemas científicos e comerciais, como implantação em pequenos satélites para exploração planetária ou uso de sistemas aéreos não tripulados para fins agrícolas, "disse Lockwood." Acreditamos que nosso novo espectrômetro também poderia ser usado para estudar as mudanças climáticas, uma das aplicações mais interessantes de um espectrômetro de imagem. "

Fazendo um espectrômetro menor

A maioria dos espectrômetros de imagem atuais usa uma configuração óptica Offner-Chrisp porque oferece excelente controle de erros ópticos chamados aberrações. Contudo, este projeto requer uma configuração ótica relativamente grande. O novo CCVIS desenvolvido pelos pesquisadores tem um desempenho muito semelhante à configuração Offner-Chrisp, mas com novos componentes ópticos que criam um design mais compacto.

Para fazer o novo CCVIS, os pesquisadores usaram uma lente catadióptrica que combina elementos reflexivos e refrativos em um componente. Isso criou um instrumento mais compacto e ainda controla as aberrações ópticas. Os pesquisadores também usaram uma grade especial de reflexão plana que está imersa em um meio refrativo, em vez de no ar. Esta grade ocupa menos espaço do que uma grade tradicional, mantendo a mesma resolução.

Fabricação fácil

"O CCVIS usa uma grade plana em vez de uma grade côncava ou convexa que requer a fabricação com litografia de feixe de elétrons complexa ou técnicas de usinagem de diamante, "disse Lockwood." Nós desenvolvemos uma abordagem de microfabricação fotolitográfica em tons de cinza que usa uma exposição única para fazer a grade e não requer processamento intensivo de feixe de elétrons. "

Para testar seu novo design, os pesquisadores demonstraram o espectrômetro usando uma configuração de laboratório. Seus experimentos verificaram que o CCVIS tinha o desempenho esperado em todo o campo de visão.

"O tamanho compacto do CCVIS significa que ele pode ser feito em módulos que podem ser empilhados para aumentar o campo de visão, "disse Lockwood." Também torna relativamente fácil manter a estabilidade sem mudanças de temperatura para que o alinhamento óptico, e, portanto, o desempenho espectral, permanece inalterado."

Como um passo em direção ao objetivo final de uma demonstração baseada no espaço, os pesquisadores estão buscando financiamento para desenvolver um protótipo completo que poderia ser exaustivamente testado em um veículo aerotransportado.