Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

Contrucción y experimentación con láser, lentes y aparatos ópticos.
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Doc
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Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#1 Mensaje por Doc »

Hola,

Recientemente vimos aquí cómo se pueden obtener espectros de emisión con una cámara digital, un CD o DVD y un programa llamado Rspec. La verdad es que esto ha sido un avance importante en la tecnología casera.

Yo he querido ir más allá y obtener también espectros de absorción. Para ello, he colocado alineados detrás de una rendija de cartulina negra un láser azul (405 nm) uno rojo (640 nm) y una linterna (Maglite). La luz de la linterna la he dividido en dos (tapando una parte de la rendija con un trozo de blutack) y delante de uno de los haces he puesto un cristal de rubí sintético. Después con un trozo de DVD delante de la cámara he fotografiado los 4 espectros a la vez. Después de un preprocesamiento rápido de la imagen para alinearla mejor y para separar mejor los espectros, la he abierto en Rspec. Tal y como era de esperar los dos láseres me han dado unos picos muy estrechos que me han permitido calibrar los otros dos espectros. Una vez exportados los archivos .dat correspondientes a la luz de la linterna (luz incadescente) sin y con la absorción del rubí los he abierto en excel y he calculado el logaritmo de la relación las dos intensidades. Como podéis ver en la siguiente imagen, el resultado es comparable con el obtenido mediante un espectrofotómetro profesional (aunque con algo más de ruido), apreciándose incluso las bandas de las transiciones prohibidas por espín del Cr(III) (entre 650 y 700 nm), de modo que me he quedado bastante satisfecho.


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josee
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#2 Mensaje por josee »

Pues la verdad te ha quedado una gráfica bastante buena para ser un equipo casero,sin duda con el tiempo la mejoraras quizás el DVD,de imperfecciones en el espectro,no se no entiendo mucho pero la realidad esta clara en el gráfico,enhorabuena Doc un saludo.

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anajesusa
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#3 Mensaje por anajesusa »

Muy buen trabajo Doc, todavía no me he bajado el programa, lastima que solo dura 30 días.
Ahora estoy con todos los exámenes y no puedo ponerme a experimentar, pero me entusiasman muchos sus pruebas, las de Alberto y la tuya ahora estimado Doc.
Gracias por compartir.
Saludos
César
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aewolframio
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#4 Mensaje por aewolframio »

Excelente trabajo Doc. A mi también me interesa mucho la espectroscopía de absorción y creo que es un campo en el que con los nuevos softwares como Rspec, el científico amateur puede lograr cosas interesantes con muy poco equipo.

Por cierto Rspec tiene una actualización que se puede bajar aún en demos.

Saludos

Aewolframio
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sartie
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#5 Mensaje por sartie »

me resulta sorprendente que tanto el cristal de rubi como el polvo de rubi tengan exactamente el mismo pico de absorción. Muy buen trabajo por cierto!

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Doc
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#6 Mensaje por Doc »

Hola, muchas gracias por vuestros comentarios!
josee escribió:Pues la verdad te ha quedado una gráfica bastante buena para ser un equipo casero,sin duda con el tiempo la mejoraras quizás el DVD,de imperfecciones en el espectro,no se no entiendo mucho pero la realidad esta clara en el gráfico,enhorabuena Doc un saludo.
Josee, de momento solo quería probar a ver si es viable. Si, si nos empeñamos seguro que lo mejoramos. Por cierto, el DVD creo que es el elemento más preciso de todo el montaje.
anajesusa escribió:Muy buen trabajo Doc, todavía no me he bajado el programa, lastima que solo dura 30 días.
Ahora estoy con todos los exámenes y no puedo ponerme a experimentar, pero me entusiasman muchos sus pruebas, las de Alberto y la tuya ahora estimado Doc.
Gracias por compartir.
Saludos
Bueno, creo que por eso estamos aquí, para entusiasmarnos y aprender unos de otros.
aewolframio escribió:Excelente trabajo Doc. A mi también me interesa mucho la espectroscopía de absorción y creo que es un campo en el que con los nuevos softwares como Rspec, el científico amateur puede lograr cosas interesantes con muy poco equipo.

Por cierto Rspec tiene una actualización que se puede bajar aún en demos.

Saludos

Aewolframio
Alberto, gracias a ti he descubierto que la espectroscopía ya es accesible para todos. La verdad es que al principio estaba un poco escéptico, pero después de las pruebas que he hecho, he visto que uno puede montar un espectroscopio bastante decente, inviertiendo muy poco tiempo y dinero. Por cierto, usé precisamente la versión demo de Rspec. Quería probar lo de los espectros de absorción antes de que me caducara la licencia. Creo que es un programa no muy difícil de hacer, igual alguien más se anima a intentarlo...
sartie escribió:me resulta sorprendente que tanto el cristal de rubi como el polvo de rubi tengan exactamente el mismo pico de absorción. Muy buen trabajo por cierto!


Bueno, no son exactamente iguales, sobre todo si miras en rango de lambdas mayor, pero si se parecen mucho. Al fin y al cabo es el Cr(III) en el mismo entorno cristalino. Por qué te sorprende esta similitud ?

Luis A. de Prado
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#7 Mensaje por Luis A. de Prado »

Excelente trabajo, Doc.
Un interesante experimento que se puede acometer ahora es el estudio de su banda de fluorescencia. Éste consiste en excitar al rubí con una fuente centrada en sus fuertes bandas de absorción y tratar de medir su banda de emisión en el rojo profundo. Este fenómeno se puede observar a simple vista, aunque con el espectrómetro mucho mejor, incluso cuantificándolo. Para ello, puede usarse una fuente de luz negra (cuya longitud de onda cae dentro de la banda de fuerte absorción del rubí [ unos 400 nm.]) o un puntero láser verde de 532 nm. coincidiendo casi con el pico de absorción de su segunda banda. Ambas pruebas las he hecho a simple vista,. observándose una fuerte emisión de luz roja del rubí no presente en la excitación, pero, a falta de espectrómetro de alta resolución, sería interesante saber si tu espectrómetro casero sería capaz de separar las líneas R1 y R2 (694.3 nm. y 692.9 nm.).
Me gustaría saber cuál es la morfología de la muestra de rubí que has usado (si es una barrita láser o es una piedra de joyería) y si se trata de un rubí fuertemente dopado o no.
De nuevo, felicitaciones por tu trabajo y un cordial saludo

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Doc
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#8 Mensaje por Doc »

Hola Luis,

Gracias por tu comentario. No había hecho el espectro de emisión porque no esperaba más que una estrecha banda centrada en la misma longitud de onda donde está la última banda del espectro de absorción, es decir a 694 nm, ya que se trata de la misma transición pero invertida, es decir la 2Eg->4A2g. Naturalmente, no esperaba poder ver un desdoblamiento de 1 nm con mi construcción chapuza pero de todas formas he hecho una prueba , excitando con el láser azul de 405 nm (se ve una fluorescencia roja maravillosa). La banda en cuestión no se ve desdoblada, aunque es solo 6 nm de ancha. Para mi sorpresa, al lado se ve también otra banda aun más intensa que debe de ser la R´(4A2g->2T1g).

El cristal es una barrita láser (rota por la mitad), y desconozco el contenido en cromo pero no debe de ser muy alto, juzgando por el espectro que es muy similar al del polvo sintético que si no recuerdo mal llevaba un 5 % molar de cromo.

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Un saludo

Luis A. de Prado
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#9 Mensaje por Luis A. de Prado »

Hola, Doc.
Efectivamente, un rubí cuando es excitado adecuadamente brilla con una luz roja bastante intensa. La banda ancha de emisión centrada en 660 nm. (rojo vivo) creo que pertenece a transiciones radiativas rápidas que parten de los niveles superiores excitados que caen al estado basal y que por ello no pueden contribuir a emisiones láser. (de todos modos le explicación detallada de esta banda excede mis conocimientos y no puedo asegurarlo aunque es hipótesis bastante plausible dado el ensanchamiento espectral, lo que hace suponer que las emisiones de luz individuales parten de niveles discretos juntos pero dispersos y se trata de una emisión no sincrónica).
Por otra parte la emisión de las líneas R1 y R2 según datos de quienes se han dedicado al estudio sistemático del empleo de rubí como medio láser, parten de un nivel metaestable de vida larga (unos 3 ms.). Me sorprende el hecho de observar en el espectro que has sacado cómo a pesar de no contar con un poder separador mayor, el pico de emisión es en forma de “M”, lo cual evidencia que hay dos líneas muy juntas. (Esto, a lo mejor es ilusión mía, pero es francamente fascinante).
Realmente, para observar las dos líneas separadas sería necesario un doble monocromador que llega a multiplicar el poder separador; pero es verdaderamente sorprendente lo que puede llegar a hacerse con un simple CD o DVD.
En fin; un gran incentivo para trabajar y un resultado excelente, dados los medios.
Un cordial saludo a ti y a todos los C.A.
P.D. Si la barra que te queda es utilizable y la deseas tener para un posible láser, puedo tallártela perpendicular al eje y darle pulido óptico.

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Doc
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Re: Espectro de absorción casero de un cristal de rubí

#10 Mensaje por Doc »

Hola Luis, gracias por tus comentarios. Te agradezco mucho tu ofrecimiento de pulir la barra de rubí pero esta está partida por la mitad longitudinalmente de modo que no es cilíndrica. En realidad, antes de la ruptura tampoco lo sería ya que la superficie está sin procesar. Está tal como la obtendrían, me imagino por el método de Chokralski. Ya pensé arreglarla pero lo veo un poco difícil ya que el rubí es muy duro y hay que eliminar mucho material. ¿Cómo haces el pulido de calidad óptica? Tengo entendido que esto puede significar unos pocos nanometros de rugosidad. Yo tengo medios para pulir hasta 2 micras, pero para según que aplicaciones me parece insuficiente.

Un saludo
Doc

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