决定FTIR光谱仪性能的“心脏”：分束镜与补偿镜选型指南

导语

在FTIR（傅里叶变换红外光谱）系统中，如果说光源是能量的起点，探测器是数据的终点，那么迈克尔逊干涉仪（Michelson Interferometer）就是整个系统的“心脏”。

而这颗心脏跳动是否精准，完全取决于一个看似简单的光学元件——分束镜（Beamsplitter）。

如何确保光束完美50/50分裂？如何消除厚度差异带来的相位误差？从近红外到远红外，材料该怎么选？今天，我们深入聊聊FTIR系统中的核心光学元件及其选型门道。

一、迈克尔逊干涉仪的“幕后英雄”

为什么要成对使用？

熟悉FTIR原理的朋友都知道，光束经过分束镜后被一分为二，分别射向固定反射镜和移动反射镜。但在实际光路中，有一个细节至关重要：

光束在两个臂中穿过的介质厚度必须光学等程。

由于分束镜本身有厚度，反射光束和透射光束穿过基底的次数不同（通常反射光束少穿过一次）。为了补偿这种光程差，我们需要引入一块与分束镜材料、厚度、角度完全一致的补偿镜（Compensator）。

图1：迈克尔逊干涉仪作为 FTIR 光谱仪的一部分

这一对“黄金搭档”的质量，直接决定了干涉图样的对比度和光谱的信噪比。

二、宽波段覆盖

选对材料是第一步

FTIR技术的魅力在于其极宽的光谱覆盖范围。然而，没有一种单一材料能通吃从紫外到远红外的所有波段。

韵翔光电根据不同的光谱需求，提供多种基底材料的高精度分束镜：

• 可见光/近红外(0.4 - 3.0 µm)：推荐 熔融石英(Fused Silica)，透过率高，机械性能稳定。

• 中红外/指纹区(0.65 - 12 µm)：CaF2 (氟化钙)和BaF2 (氟化钡)是主力军，特别是CaF2，在潮湿环境中比KBr更耐用。

• 宽波段中远红外(2 - 20 µm)：ZnSe (硒化锌)是当之无愧的王者，覆盖了绝大多数有机化合物的特征吸收峰。

• 远红外(50 - 1000 µm)：推荐 高阻FZ硅(HRFZ-Si)，利用其自然反射特性即可实现约50%的分束，无需复杂镀膜。

图2：ZnSe 分束镜/补偿器对的典型透射曲线

三、毫厘之差，谬以千里

严苛的制造规格

为了保证高分辨率，分束镜/补偿器对的加工精度要求极高。普通的窗口片无法胜任这项工作，我们关注以下核心指标：

• 表面面型(Surface Flatness)：达到 λ/8 @ 633nm。极高的平整度保证了波前的完整性，避免干涉条纹畸变。

• 楔角公差(Wedge Tolerance)：控制在 +/- 10 弧秒以内。确保光路严格平行，避免重影。

• 厚度匹配(Thickness Matching)：分束镜与补偿镜的厚度差异控制在1 µm级别。这是实现完美色散补偿的关键。

四、镀膜工艺的艺术

不止是分束，更是对准

在实际应用中，为了方便光路调节，我们通常会在红外分束镜上设计特殊的镀膜图案。

例如，在ZnSe或CaF2基底上，我们不仅镀有红外波段的50/50分束膜，还会预留或镀上可见光（如633nm HeNe激光）的高反或增透区域。

典型的镀膜分区设计：

• 中心区域：针对工作波段（如7-14µm）的50/50分束膜。

• 边缘/特定区域：针对可见光对准激光的镀膜，帮助工程师利用可见光快速校准不可见的红外光路。

图3：镀膜区域示意图

五、现货推荐与定制服务

韵翔光电解决方案

针对科研和工业客户的紧急需求，韵翔光电推出了多款标准规格的红外平板分束镜现货，涵盖CaF2和ZnSe两种核心材质。

热门现货规格一览：

1. CaF2 红外分束镜(1.5 - 5 µm / 2 - 8 µm)

• 尺寸：Ø25.4mm / Ø50.8mm

• 分光比：50/50 ± 10%

• 优势：低吸湿性，适合近中红外分析。

• 典型型号：BSP50-SWIR-MWIR-25-2

2. ZnSe 红外分束镜(7 - 14 µm)

• 尺寸：Ø38.1mm / Ø50.8mm

• 分光比：50/50 ± 10%

• 优势：覆盖长波红外，CVD级材料，高损伤阈值。

• 典型型号：BSP50-ZC-50-3

所有标准品均设计为45°入射角，可轻松集成到现有的光谱仪或自建干涉系统中。

图4：参考实例规格

结语

一台高性能的FTIR光谱仪，离不开高质量的光学元件支撑。无论您是正在搭建实验光路的高校课题组，还是需要批量集成核心模组的仪器制造商，韵翔光电都能为您提供从现货选型到高端定制的一站式解决方案。

让光谱更纯净，让数据更精准。