ancho instrumental

Cuando la luz monocromática pasa a través de un instrumento óptico, la difracción crea franjas, pero estas franjas no son infinitamente nítidas. El ancho instrumental es la amplitud física de la zona de transición en el borde de una franja brillante, medida desde el punto donde la intensidad cae a la mitad de su valor máximo en un lado hasta el punto de media intensidad en el otro. Esta cantidad determina cuán fino es el detalle que el instrumento puede resolver realmente, independientemente de lo que la teoría pueda prometer.

El ancho surge de la apertura finita del sistema óptico. Una apertura circular produce el patrón de disco de Airy; una rendija rectangular produce franjas de función sinc. En ambos casos, la difracción hace que los bordes nítidos predichos por la óptica geométrica se extiendan en gradientes de intensidad graduales. Un espectrómetro con una rendija de entrada estrecha produce franjas más estrechas que uno con una rendija ancha, porque la fuente misma se vuelve más pequeña y se aproxima mejor a un punto. El ancho instrumental depende así de la geometría de la rendija, la distancia focal de la lente y la longitud de onda.

Este ancho tiene consecuencias inmediatas para la espectroscopia y la astronomía. Dos líneas de emisión separadas por menos del ancho instrumental del espectrógrafo aparecerán como una única característica borrosa; no pueden resolverse. De manera similar, en la imagen estelar, dos estrellas más cercanas que el ancho instrumental (generalmente citado como el ancho completo a la mitad del máximo, o FWHM) se difuminarán en una única función de dispersión de punto. Un espectrómetro con un ancho instrumental de 0.1 nm no puede distinguir características espectrales separadas por solo 0.05 nm, sin importar cuán estable sea el instrumento o cuán larga sea la exposición.

Relación con la resolución instrumental

El ancho instrumental y la resolución instrumental están estrechamente relacionados, pero no son idénticos. La resolución a menudo se expresa como un solo número, como 50,000 para un espectrógrafo de alta resolución, lo que significa que el instrumento puede distinguir longitudes de onda que difieren en lambda dividido por 50,000. El ancho instrumental es la manifestación física de esa resolución en el espacio real o en un detector, típicamente reportado en nanómetros, nanómetros por píxel, o como una medida angular en segundos de arco.

Los factores que reducen el ancho instrumental incluyen estrechar la rendija de entrada, aumentar la distancia focal y usar longitudes de onda más cortas. Sin embargo, estrechar la rendija también reduce el rendimiento de la luz, introduciendo una compensación clásica entre la capacidad de captación de luz y el poder de resolución. En instrumentos prácticos, el ancho instrumental es a menudo el factor limitante en la precisión de la medición, particularmente al analizar fuentes débiles o detectar características de absorción tenues.