FTIR光路搭建指南：從光源到探頭，如何解決中紅外傳輸?shù)摹芭R門一米”？

導(dǎo)語

在搭建或升級(jí)傅里葉變換紅外光譜（FTIR）系統(tǒng)時(shí)，我們往往將90%的精力花在了挑選昂貴的光譜儀主機(jī)上。

然而，光學(xué)工程師都知道，決定最終數(shù)據(jù)質(zhì)量的，往往是那剩下的10%——光源的穩(wěn)定性、光纖的透過率以及探頭的耦合效率。

你是否遇到過這些問題：

• 光源發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致基線漂移？

• 普通石英光纖在2.5μm后信號(hào)斷崖式下跌？

• 光路耦合困難，能量在傳輸過程中損耗殆盡？

今天，我們將深入拆解 Arcoptix FTIR光譜附件家族。從覆蓋紫外到中紅外的穩(wěn)像光源，到硫系/多晶特種光纖探頭，我們將為您展示一套完整的、模塊化的光路解決方案，助您打破光譜測(cè)量的物理邊界。

一、光源篇：穩(wěn)定的“心臟"

ArcLight系列：電子穩(wěn)壓與寬譜覆蓋的平衡

任何光譜系統(tǒng)的起點(diǎn)都是光。對(duì)于FTIR系統(tǒng)而言，光源不僅要有足夠的強(qiáng)度，更要有較高的熱穩(wěn)定性和光譜覆蓋率。Arcoptix 推出的 ArcLight 系列，正是為解決這一需求而生。

1. ARCLIGHT-MIR：中紅外的“深潛者"

如果你專注于指紋區(qū)（Fingerprint Region）的分析，這款光源會(huì)成為你的選擇。

• 核心發(fā)光體： 采用 SiC globar（碳化硅球） 技術(shù)。相比傳統(tǒng)的金屬絲光源，SiC能提供更接近黑體輻射的光譜分布，且結(jié)構(gòu)極其堅(jiān)固。

• 光譜霸主： 覆蓋 1μm 至 25μm (10,000 - 400 cm?1)。這意味著它不僅能覆蓋常規(guī)的中紅外區(qū)域，還能延伸至部分遠(yuǎn)紅外區(qū)域，捕捉那些低頻的分子振動(dòng)信號(hào)。

• 溫度與壽命： 色溫約為1550K，額定壽命高達(dá) 10,000小時(shí)。這意味著在長期的在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，你幾乎不需要考慮更換燈泡的維護(hù)成本。

2. ARCLIGHT-NIR：近紅外的“萬用王"

針對(duì)短波近紅外應(yīng)用，ARCLIGHT-NIR 提供了高亮度的解決方案。

• 核心發(fā)光體： 高溫 QTH（石英鹵素?zé)簦?/span>。

• 色溫優(yōu)勢(shì)： 高達(dá) 2850K 的色溫，確保了在可見光到近紅外（400nm - 4,000nm）波段擁有較高的輻射功率。

• 應(yīng)用場景： 非常適合農(nóng)產(chǎn)品水分檢測(cè)、塑料分選等需要強(qiáng)穿透力的NIR應(yīng)用。

工程師筆記：為什么我們需要“電子穩(wěn)定"？ArcLight系列均配備了電子穩(wěn)定的電源。在FTIR測(cè)量中，光源的微小抖動(dòng)都會(huì)被干涉圖放大，形成噪聲。ArcLight通過精密的電路控制，確保輸出光強(qiáng)的波動(dòng)降至較低，從而顯著提高信噪比（SNR）。

二、探頭篇：延伸感知的“觸角"

光纖反射探頭：把實(shí)驗(yàn)室?guī)У綐悠访媲?/span>

傳統(tǒng)的FTIR測(cè)量往往需要將樣品制備好放入樣品倉，這限制了原位測(cè)量（In-situ）和在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。Arcoptix 的光纖反射探頭，通過靈活的光纖束，讓光譜儀“長出了手"。

我們提供三種針對(duì)不同波段優(yōu)化的探頭，均采用 “6+1"光纖束設(shè)計(jì)：

• 照明： 6根外圍光纖負(fù)責(zé)將光傳輸?shù)綐悠罚_保照明均勻。

• 收集： 1根中心光纖負(fù)責(zé)收集反射信號(hào)，回傳至光譜儀。

選型指南：三種材質(zhì)，定勝負(fù)

特別亮點(diǎn)：CIR與PIR探頭的工藝突破中紅外光纖（CIR/PIR）的加工難度遠(yuǎn)高于石英光纖。Arcoptix 成功將 500μm (CIR) 和 900μm (PIR) 大芯徑光纖集成到不銹鋼套筒中，不僅保證了高通光量，還通過堅(jiān)固的封裝克服了紅外光纖“脆"的物理特性。

三、傳輸篇：打破材料的物理極限

紅外光纖跳線：特種玻璃的藝術(shù)

光纖是光路的血管。在可見光領(lǐng)域，石英光纖是實(shí)力擔(dān)當(dāng)；但在2.5μm之后，石英的吸收損耗急劇上升，變成“不透明"的墻。

為了打通中紅外傳輸?shù)耐罚?/span>Arcoptix 提供了兩種稀有的特種光纖跳線：

1. 硫系紅外光纖 (CIR Fibers)

• 材料秘密： 基于硫、硒、碲等元素的硫系玻璃。

• 透射窗口： 1.5 - 6 μm。

• 高折射率優(yōu)勢(shì)： 折射率高達(dá) 2.4，數(shù)值孔徑（NA）為 0.28。這意味著它具有較強(qiáng)的集光能力，能以更大的角度接收光線，非常適合能量微弱的紅外信號(hào)傳輸。

• 匹配性： 匹配 2-6 μm 響應(yīng)范圍的 MCT 探測(cè)器。

2. 多晶紅外光纖 (PIR Fibers)

• 材料秘密： 銀鹵化物（AgCl:AgBr）固溶體晶體。

• 透射窗口： 4 - 18 μm。這是目前極少數(shù)能覆蓋整個(gè)中紅外指紋區(qū)的柔性光纖解決方案。

• 超寬帶傳輸： 它的透射曲線非常平坦，沒有明顯的吸收峰，確保了光譜數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

• 耐溫性： 工作溫度可達(dá) 140°C，使其能勝任部分高溫反應(yīng)釜的監(jiān)測(cè)任務(wù)。

使用小貼士：紅外光纖（特別是PIR）雖然有聚合物護(hù)套保護(hù)，但其物理性質(zhì)比石英光纖更“嬌貴"。Arcoptix 規(guī)定了嚴(yán)格的最小彎曲半徑（CIR為100mm，PIR為130mm），在使用時(shí)請(qǐng)務(wù)必溫柔對(duì)待，避免過度彎折。

CIR光纖透射曲線

PIR光纖透射曲線

四、耦合篇：能量利用率的倍增器

光纖耦合器/準(zhǔn)直器：透鏡與反射鏡的博弈

擁有了好的光源和光纖，如何將光高效地耦合進(jìn)去？這取決于波長。

1.< 8μm 的選擇：透鏡耦合

• Bk7耦合器： 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，適用于NIR范圍（< 4μm）。

• CaF2（氟化鈣）耦合器： 性能優(yōu)秀，透過率高，可延伸至 8μm。

• 優(yōu)勢(shì)： 結(jié)構(gòu)簡單，成本效益高。

2.> 8μm 的選擇：反射式耦合

• 當(dāng)波長超過8μm，大多數(shù)透鏡材料開始吸收光線。此時(shí)，Arcoptix 的 離軸拋物面鏡（Off-axis Parabolic Mirror） 耦合器登場。

• 原理： 利用金屬鏡面的反射聚焦，消除色差和材料吸收。

• 效果： 實(shí)現(xiàn)了從NIR到MIR全波段的“無損"耦合。

總結(jié)：構(gòu)建模塊化的光譜實(shí)驗(yàn)室

Arcoptix 的這套FTIR附件系統(tǒng)，價(jià)值在于“模塊化"與“全波段覆蓋"。

無論您是在搭建一套用于氣體分析的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行生物樣本的非破壞性檢測(cè)，通過組合不同的光源、光纖和探頭，您都可以像搭積木一樣，構(gòu)建出適合當(dāng)前應(yīng)用的光路系統(tǒng)。

• 需要測(cè)水分？ 選 ArcLight-NIR + 石英探頭。

• 需要測(cè)有機(jī)官能團(tuán)？ 選 ArcLight-MIR + PIR探頭。

• 需要能量傳輸拉滿？ 加上離軸拋物面鏡耦合器。

專業(yè)，源于對(duì)每一個(gè)光子的珍惜。