硬核拆解 | 決定FTIR光譜儀性能的“心臟”：分束鏡與補償鏡選型指南

導語

在FTIR（傅里葉變換紅外光譜）系統(tǒng)中，如果說光源是能量的起點，探測器是數(shù)據(jù)的終點，那么邁克爾遜干涉儀（Michelson Interferometer）就是整個系統(tǒng)的“心臟"。

而這顆心臟跳動是否精準，盡數(shù)取決于一個看似簡單的光學元件——分束鏡（Beamsplitter）。

如何確保光束沒有缺陷的50/50分裂？如何消除厚度差異帶來的相位誤差？從近紅外到遠紅外，材料該怎么選？今天，我們深入聊聊FTIR系統(tǒng)中的核心光學元件及其選型門道。

01

邁克爾遜干涉儀的“幕后英雄"

為什么要成對使用？

熟悉FTIR原理的朋友都知道，光束經(jīng)過分束鏡后被一分為二，分別射向固定反射鏡和移動反射鏡。但在實際光路中，有一個細節(jié)至關(guān)重要：

光束在兩個臂中穿過的介質(zhì)厚度必須光學等程。

由于分束鏡本身有厚度，反射光束和透射光束穿過基底的次數(shù)不同（通常反射光束少穿過一次）。為了補償這種光程差，我們需要引入一塊與分束鏡材料、厚度、角度盡數(shù)一致的補償鏡（Compensator）。

圖1：邁克爾遜干涉儀作為 FTIR 光譜儀的一部分

這一對“黃金搭檔"的質(zhì)量，直接決定了干涉圖樣的對比度和光譜的信噪比。

02

寬波段覆蓋

選對材料是第壹步

FTIR技術(shù)的魅力在于其極寬的光譜覆蓋范圍。然而，沒有一種單一材料能通吃從紫外到遠紅外的所有波段。

韻翔光電根據(jù)不同的光譜需求，提供多種基底材料的高精度分束鏡：

• 可見光/近紅外 (0.4 - 3.0 µm)： 推薦 熔融石英 (Fused Silica)，透過率高，機械性能穩(wěn)定。

• 中紅外/指紋區(qū) (0.65 - 12 µm)： CaF2 (氟化鈣) 和 BaF2 (氟化鋇) 是主力軍，特別是CaF2，在潮濕環(huán)境中比KBr更耐用。

• 寬波段中遠紅外 (2 - 20 µm)： ZnSe (硒化鋅) 是當之無愧的實力擔當，覆蓋了絕大多數(shù)有機化合物的特征吸收峰。

• 遠紅外 (50 - 1000 µm)： 推薦 高阻FZ硅 (HRFZ-Si)，利用其自然反射特性即可實現(xiàn)約50%的分束，無需復雜鍍膜。

圖2：ZnSe 分束鏡/補償器對的典型透射曲線

03

毫厘之差，謬以千里

嚴苛的制造規(guī)格

為了保證高分辨率，分束鏡/補償器對的加工精度要求較高。普通的窗口片無法勝任這項工作，我們關(guān)注以下核心指標：

• 表面面型 (Surface Flatness)： 達到 λ/8 @ 633nm。較高的平整度保證了波前的完整性，避免干涉條紋畸變。

• 楔角公差 (Wedge Tolerance)： 控制在 +/- 10 弧秒以內(nèi)。確保光路嚴格平行，避免重影。

• 厚度匹配 (Thickness Matching)： 分束鏡與補償鏡的厚度差異控制在 1 µm 級別。這是實現(xiàn)優(yōu)秀色散補償?shù)年P(guān)鍵。

04

鍍膜工藝的藝術(shù)

不止是分束，更是對準

在實際應用中，為了方便光路調(diào)節(jié)，我們通常會在紅外分束鏡上設(shè)計特殊的鍍膜圖案。

例如，在ZnSe或CaF2基底上，我們不僅鍍有紅外波段的50/50分束膜，還會預留或鍍上可見光（如633nm HeNe激光）的高反或增透區(qū)域。

典型的鍍膜分區(qū)設(shè)計：

• 中心區(qū)域： 針對工作波段（如7-14µm）的50/50分束膜。

• 邊緣/特定區(qū)域： 針對可見光對準激光的鍍膜，幫助工程師利用可見光快速校準不可見的紅外光路。

圖3：鍍膜區(qū)域示意圖

05

現(xiàn)貨推薦與定制服務

韻翔光電解決方案

針對科研和工業(yè)客戶的緊急需求，韻翔光電推出了多款標準規(guī)格的紅外平板分束鏡現(xiàn)貨，涵蓋CaF2和ZnSe兩種核心材質(zhì)。

熱門現(xiàn)貨規(guī)格一覽：

1. CaF2 紅外分束鏡 (1.5 - 5 µm / 2 - 8 µm)

• 尺寸： ?25.4mm / ?50.8mm

• 分光比： 50/50 ± 10%

• 優(yōu)勢： 低吸濕性，適合近中紅外分析。

• 典型型號：BSP50-SWIR-MWIR-25-2

2. ZnSe 紅外分束鏡 (7 - 14 µm)

• 尺寸： ?38.1mm / ?50.8mm

• 分光比： 50/50 ± 10%

• 優(yōu)勢： 覆蓋長波紅外，CVD級材料，高損傷閾值。

• 典型型號：BSP50-ZC-50-3

所有標準品均設(shè)計為 45° 入射角，可輕松集成到現(xiàn)有的光譜儀或自建干涉系統(tǒng)中。

圖4：參考實例規(guī)格

結(jié)語

一臺高性能的FTIR光譜儀，離不開高質(zhì)量的光學元件支撐。無論您是正在搭建實驗光路的高校課題組，還是需要批量集成核心模組的儀器制造商，韻翔光電都能為您提供從現(xiàn)貨選型到精工定制的一站式解決方案。

讓光譜更純凈，讓數(shù)據(jù)更精準。

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