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。
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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)。
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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。
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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。
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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。
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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。
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