太赫兹FTIR傅里叶变换光谱仪

 

5µm-5mm或0.06THz-60 THz，太赫兹太赫兹FTIR傅里叶变换光谱仪

 

Sciencetech的SPS-300/SPS-400是一款新出的极化太赫兹傅立叶变换光谱仪（FTS），可用于远红外或THz光谱范围（5μm-5000μm， 2cm^-1-2000cm^-1或0.06-60 THz。标准的FTS和FTIR光谱系统一般基于迈克尔逊（Michelson）干涉仪构架；然而，SPS-300/SPS-400也可以使用马丁-普普利特（Martin-Puplett）模式架构，该模式可在正常测量传输时，提供极化分割实现明显更宽的带通，并可在圆形和线性二向色性测量中改善提高信噪比。

与其他类似太赫兹光谱仪相比，SPS-300/SPS-400具有灵活的模块化配置。根据内部光源，外部输入和双输出端口等模块的不同，客户可将SPS-300/SPS-400配置成远红外/ THz光源频谱分析仪（通过连接外部辐射检测仪），或者配置成材料透射和反射光谱仪（带一个外部光源，样品室和探测器），亦或是圆/线性二向色光谱仪等应用。

SPS-300/SPS-400还配有125mm线栅极化分束器和麦拉（Mylar）分束器。线栅极化分束器允许客户采用极化的Martin-Puplett（马丁-普普利特）模式下操作，相比麦拉极化分束器的标准迈克尔逊模式（Michelson），其覆盖范围更大。

 

SPS-300太赫兹FTIR光谱仪 标准硬件特点：

- 模块化设计，可配置为远红外/THz频谱分析仪，材料透射/反射光谱仪，圆/线性二向色光谱仪

- 2种配置模式（双极化Martin-Puplett和Michelson干涉仪配置），取决于分束器的选择

- 业界内较好的4µm麦拉格栅分束器，用于极化模式

- 支持第三方外部光源和探测器，和定制设计的样品室

- 标准精度步进和积分模式

- 100mm镀金光学元件

- 5µm-5mm（2-2000cm^-1）宽光谱范围

- 标准款分辨率0.12cm^-1（50mm平移台标）

- 高分辨率款0.02cm^-1高分辨率（配置300mm平移台）

- 密封外壳可承受10 ^-3 Torr的真空压力，有效消除大气水蒸气的光谱吸收效应

 

标准硬件包括：

- 不锈钢可真空外壳

- Motorized roof mirror alignment system(电动屋脊型反射镜对准系统)

- 麦拉分束器，用于迈克尔逊模式操作

- 75W汞弧灯光源光源

- 伺服电机斩波器

- 用于偏振马丁-普普利特模式的线栅偏振分束器。（该模式还需要输入偏振器和旋转或固定位置分析器）

- Vacuum gauge （真空计）

- 带SPS控制软件的主机

- Arc lamp power supply and igniter（弧光灯光源及点火器）

 

标准软件

主机和软件

SPS-300/SPS-400自带一台PC带平板显示器，并且预置控制软件，CD版的软件。 SPS-300/SPS-400控制软件基于LabView应用在Windows PC系统下工作 ，但也可以通过第三方供应商获得Mac-OS版本。 提供给客户的一套可执行版本无需LabView开发环境。

 

模块化LabView VI结构

用户可以添加特定于应用程序的LabView虚拟仪器（VI），而无需重新编译SPS-300/SPS-400软件。这对于需要将扫描操作与外部功能（样品室，光源，温度控制器，磁场扫描等）集成在一起的实验自动化非常有用。

 

主要软件功能

- “步进和扫描”操作

- 数据采集和自动日志记录器

- 数据以ASCII格式文本文件存储，可轻松导入其他数据分析软件

- 多任务处理，可同时进行扫描和分析

 

数据处理与操纵

- 通过Mertz-Forman方法校正相位

- 切趾：贝塞尔，棚车，余弦，三角形

- 快速扫描信号的数字滤波

- 加，减，归一化，相乘（干涉图或光谱）

- 平均和标准偏差（干涉图或光谱）

- 通过用户的功能进行数据拟合：功能经过分析，新功能自动保存在硬盘驱动器上，以便于检索

 

显示

- 快速扫描模式：显示干涉图，光谱和光谱的相对西格玛

- 步进和积分模式：显示干涉图和锁定放大器缓冲器的内容

- 显示光谱，干涉图，比率，拟合结果和其他数据

- 打印所选数据

 

扫描和处理模式

SPS-300/SPS-400通过获取已知变换距离下的探测结果，从而生成一个干涉图。在标准的步进和格栅模式下，每一次探测读数时，镜子都停止在预设的位置。在停止状态下，探测器可以有时间获得更好的信噪比，并且可以精确的的带探测器读数和反射镜位置之间的关系。

SPS-300/SPS-400软件可以同时支持扫描和数据分析。仅简单的命令来实现自动数据采集，实现不需要人守的自动测量。软件在自己的Window窗口运行而不受后台其它程序的影响。

 

可选配置

根据客户应用需要，也可额外选择附件，将SPS-300配置成以下三种功能：

 

配置一、频谱分析仪（Spectral Analyzer Configuration）

在外部输入端口额外安装一个外部太赫兹光源，同时在聚光束输出端口安装一个外部太赫兹探测器， SPS-300/SPS-400可实现频谱分析仪的功能。

加拿大ScienceTechnology提供了多种探测器选项：室温热释电探测器，室温DTGS探测器和氦冷却辐射探测器。当然，客户也可将第三方探测器连接到输出端口。

 

配置二、材料透射/反射光谱仪（Transmission/Reflection Spectrometer Configuration）

SPS-300/SPS-400也可配置成一台材料透射/反射太赫兹光谱仪，配置的方法加一个样品室和一个太赫兹探测器（在准直光束输出端口处安装外部样品室，在样品室的探测输出端口处安装外部THz探测器）

例如，SPS403样品室和探测器允许透射率和反射率测量。光源采用的是SPS-300/SPS-400机身内部的宽带汞弧灯光源。当然，其他类型的宽带THz光源（例如，Globar或Gunn振荡器）也可以与外部输入光端口配合使用。请注意，SPS-300/SPS-400基本系统不包括这些附加功能

 

配置三、太赫兹圆/线性二向色光谱仪（THz Circular/Liner Dichrosim Spectrometer）

在极化模式操作中，SPS-300/SPS-400具有良好信噪比的，适用于比如材料透射光，圆二色性和线性二色性，测量VCD等应用。对于现代的物理实验室中，低于600 cm^-1以下测量振动圆二色性（VCD）是一个挑战。

而偏振分光干涉法被认为是这些测量中十分有效的方法。其中，分束器是该干涉仪的关键组件，它能根据偏振的不同将入射光束分开。Sciencetech大面积光栅偏振器（FIR grid polarizers）由沉积在聚酯薄膜基板上的金属线组成，其在500cm^-1 - 2.0 cm^-1的光谱范围内十分有效。

 

SPS-300技术指标

虽然SPS-300/SPS-400标准和高分辨率型号的理想光谱范围为5µm至5mm（2 cm^-1-2000cm^-1）和60GHz至60 THz，但实际光谱范围会有所差异，其主要受所用的光源和探测器的限制影响。在低波数，使用高功率的光源才能获得2cm^-1低波数光谱范围的截止值。（例如通过外部光源端口进入的同步加速器和1.7K氦冷却辐射热探测器）。而使用SPS-300/SPS-400内置的汞弧灯光源，搭配测1.7K辐射热探测器，在低波数光谱范围的截止范围大约为4cm^-1（而不是2 cm^-1）。而使用4K氦冷却辐射热探测器和内部汞弧灯光源，低波数截止值则增加到约8cm^-1。

在高波数端，偏振器的栅格间距是限制光谱范围的主要因素。与其他理想的12.5µm或25µm间距的偏光镜相比，Sciencetech厂家采用的是间距为4µm的Grid polarizer，因此，实际上截止值更接近1000cm^-1。当然，如果探测器和光源允许，SPS-300/SPS-400能够达到2000cm^-1。

 

标准型号：0.12cm^-1，带有5cm translating stage   高分辨率型号：0.020cm^-1，带有30cm translating stage（对应下面分辨率公式L=30cm）

SPS-300/SPS-400引用的分辨率不是由某些制造商引用的，而是由roof mirror translating stage决定的理论极限。在干涉图的末端突然停止数据收集会在傅立叶变换光谱中产生振荡（在光谱曲线上强度大的线的侧面看起来像“脚”）。科技公司通常使用“切趾”功能 (也叫去脚化或者变迹)，将干涉图乘以一个在扫描端平滑变为零的因数——但这会降低分辨率。尽管有多种选择，但我们引用了Bessel切趾的分辨率，该分辨率比理论极限降低了1.904。通常，分辨率由下式给出：

Resolution = A/(2*2*0.80*L)[cm^-1],

where L = stage length [cm],A = Apodization factor,

0.80 is the zero path location factor (zero is 20% from the translation stage end position)

可以在SPS-300/SPS-400软件上选择四种切趾，每种切趾都有其自身的影响分辨率的因素：

Bessel: A = 1.904 ；Boxcar:A = 1.207；Cosine:A =2.000；Triangular:A = 1.772

对于远红外和太赫兹域，建议的切趾处理是Bessel函数。

 

光学元件：Optics:

Large 100mm beam optics coated for maximum infrared reflection, Fast f/2.35 off-axis paraboloid condensers for high light throughput, 90°±3” roof mirrors, Martin-Puplett optical configuration.

（适用于红外光反射的100mm大光束光学元件，高光通量的快速f/2.35离轴抛物面镜，90°±3“屋脊型反射镜，Martin-Puplett架构光学配置。）

Body:

Stainless steel housing capable of maintaining 10^-3 Torr。（不锈钢外壳，可保持10-3托。）

 

光源Source:

Internal 75W Hg arc lamp (water cooled) with external DC stabilized power supply and igniter.

（内置75W汞柱弧光灯（水冷），带外部直流稳定电源和点火器。）

Controls:

Motorized alignment for roof mirror (tilt, rotary shear, lateral shear) to fine tune interference at the beam splitter

 

Polarizer Beam Splitter:

2μm lines with 4μm pitch aluminum on Mylar substrate.

 

远红外和太赫兹（THz）辐射是红外的长波长端和微波区域的短端的光谱区域，也称为亚毫米波长光谱区域。 最近，由于所产生的辐射可以穿透各种材料，因此在太赫兹应用中引起了人们的关注。 太赫兹光通常用于材料科学，安全性，药物成分分析，生物医学成像，超导材料，天文学和粒子物理研究中

Sciencetech已经为天文学和粒子物理学领域的亚毫米波长研究界提供了10多年的SPS-200远红外FTIR。 最近，Sciencetech厂家把 SPS-200升级成高级商业用的SPS-300/SPS-400 THz频谱分析仪和光谱仪，。 欧洲使用SPS-300校准了普朗克/赫歇尔飞行任务的探测器，以分析宇宙的起源，值得我们感谢他们的支持。

 

Sciencetech太赫兹傅里叶变换光谱仪的客户：

已经购买了Sciencetech太赫兹FTIR傅里叶变换光谱仪的用户包括：欧洲空间局，德国马普研究院（马克斯·普朗克研究所），阿贡国家实验室，加拿大国家研究委员会，布鲁克海文国家实验室，法空间天体物理学所，劳伦斯伯克利国家实验室，世界各地的许多大学。