5µm-5mm或0.06THz-60 THz,太赫茲太赫茲FTIR傅里葉變換光譜儀
Sciencetech的SPS-300/SPS-400是一款新出的極化太赫茲傅立葉變換光譜儀(FTS),可用于遠(yuǎn)紅外或THz光譜范圍(5μm-5000μm, 2cm-1-2000cm-1或0.06-60 THz。標(biāo)準(zhǔn)的FTS和FTIR光譜系統(tǒng)一般基于邁克爾遜(Michelson)干涉儀構(gòu)架;然而,SPS-300/SPS-400也可以使用馬丁-普普利特(Martin-Puplett)模式架構(gòu),該模式可在正常測(cè)量傳輸時(shí),提供極化分割實(shí)現(xiàn)明顯更寬的帶通,并可在圓形和線性二向色性測(cè)量中改善提高信噪比。
與其他類似太赫茲光譜儀相比,SPS-300/SPS-400具有靈活的模塊化配置。根據(jù)內(nèi)部光源,外部輸入和雙輸出端口等模塊的不同,客戶可將SPS-300/SPS-400配置成遠(yuǎn)紅外/ THz光源頻譜分析儀(通過(guò)連接外部輻射檢測(cè)儀),或者配置成材料透射和反射光譜儀(帶一個(gè)外部光源,樣品室和探測(cè)器),亦或是圓/線性二向色光譜儀等應(yīng)用。
SPS-300/SPS-400還配有125mm線柵極化分束器和麥拉(Mylar)分束器。線柵極化分束器允許客戶采用極化的Martin-Puplett(馬丁-普普利特)模式下操作,相比麥拉極化分束器的標(biāo)準(zhǔn)邁克爾遜模式(Michelson),其覆蓋范圍更大。
SPS-300太赫茲FTIR光譜儀 標(biāo)準(zhǔn)硬件特點(diǎn):
- 模塊化設(shè)計(jì),可配置為遠(yuǎn)紅外/THz頻譜分析儀,材料透射/反射光譜儀,圓/線性二向色光譜儀
- 2種配置模式(雙極化Martin-Puplett和Michelson干涉儀配置),取決于分束器的選擇
- 業(yè)界內(nèi)較好的4µm麥拉格柵分束器,用于極化模式
- 支持第三方外部光源和探測(cè)器,和定制設(shè)計(jì)的樣品室
- 標(biāo)準(zhǔn)精度步進(jìn)和積分模式
- 100mm鍍金光學(xué)元件
- 5µm-5mm(2-2000cm-1)寬光譜范圍
- 標(biāo)準(zhǔn)款分辨率0.12cm-1(50mm平移臺(tái)標(biāo))
- 高分辨率款0.02cm-1高分辨率(配置300mm平移臺(tái))
- 密封外殼可承受10 -3 Torr的真空壓力,有效消除大氣水蒸氣的光譜吸收效應(yīng)
標(biāo)準(zhǔn)硬件包括:
- 不銹鋼可真空外殼
- Motorized roof mirror alignment system(電動(dòng)屋脊型反射鏡對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng))
- 麥拉分束器,用于邁克爾遜模式操作
- 75W汞弧燈光源光源
- 伺服電機(jī)斬波器
- 用于偏振馬丁-普普利特模式的線柵偏振分束器。(該模式還需要輸入偏振器和旋轉(zhuǎn)或固定位置分析器)
- Vacuum gauge (真空計(jì))
- 帶SPS控制軟件的主機(jī)
- Arc lamp power supply and igniter(弧光燈光源及點(diǎn)火器)
標(biāo)準(zhǔn)軟件
主機(jī)和軟件
SPS-300/SPS-400自帶一臺(tái)PC帶平板顯示器,并且預(yù)置控制軟件,CD版的軟件。 SPS-300/SPS-400控制軟件基于LabView應(yīng)用在Windows PC系統(tǒng)下工作 ,但也可以通過(guò)第三方供應(yīng)商獲得Mac-OS版本。 提供給客戶的一套可執(zhí)行版本無(wú)需LabView開(kāi)發(fā)環(huán)境。
模塊化LabView VI結(jié)構(gòu)
用戶可以添加特定于應(yīng)用程序的LabView虛擬儀器(VI),而無(wú)需重新編譯SPS-300/SPS-400軟件。這對(duì)于需要將掃描操作與外部功能(樣品室,光源,溫度控制器,磁場(chǎng)掃描等)集成在一起的實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化非常有用。
主要軟件功能
- “步進(jìn)和掃描”操作
- 數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)日志記錄器
- 數(shù)據(jù)以ASCII格式文本文件存儲(chǔ),可輕松導(dǎo)入其他數(shù)據(jù)分析軟件
- 多任務(wù)處理,可同時(shí)進(jìn)行掃描和分析
數(shù)據(jù)處理與操縱
- 通過(guò)Mertz-Forman方法校正相位
- 切趾:貝塞爾,棚車,余弦,三角形
- 快速掃描信號(hào)的數(shù)字濾波
- 加,減,歸一化,相乘(干涉圖或光譜)
- 平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差(干涉圖或光譜)
- 通過(guò)用戶的功能進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合:功能經(jīng)過(guò)分析,新功能自動(dòng)保存在硬盤驅(qū)動(dòng)器上,以便于檢索
顯示
- 快速掃描模式:顯示干涉圖,光譜和光譜的相對(duì)西格瑪
- 步進(jìn)和積分模式:顯示干涉圖和鎖定放大器緩沖器的內(nèi)容
- 顯示光譜,干涉圖,比率,擬合結(jié)果和其他數(shù)據(jù)
- 打印所選數(shù)據(jù)
掃描和處理模式
SPS-300/SPS-400通過(guò)獲取已知變換距離下的探測(cè)結(jié)果,從而生成一個(gè)干涉圖。在標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)和格柵模式下,每一次探測(cè)讀數(shù)時(shí),鏡子都停止在預(yù)設(shè)的位置。在停止?fàn)顟B(tài)下,探測(cè)器可以有時(shí)間獲得更好的信噪比,并且可以精確的的帶探測(cè)器讀數(shù)和反射鏡位置之間的關(guān)系。
SPS-300/SPS-400軟件可以同時(shí)支持掃描和數(shù)據(jù)分析。僅簡(jiǎn)單的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)不需要人守的自動(dòng)測(cè)量。軟件在自己的Window窗口運(yùn)行而不受后臺(tái)其它程序的影響。
可選配置
根據(jù)客戶應(yīng)用需要,也可額外選擇附件,將SPS-300配置成以下三種功能:
配置一、頻譜分析儀(Spectral Analyzer Configuration)
在外部輸入端口額外安裝一個(gè)外部太赫茲光源,同時(shí)在聚光束輸出端口安裝一個(gè)外部太赫茲探測(cè)器, SPS-300/SPS-400可實(shí)現(xiàn)頻譜分析儀的功能。
加拿大ScienceTechnology提供了多種探測(cè)器選項(xiàng):室溫?zé)後岆娞綔y(cè)器,室溫DTGS探測(cè)器和氦冷卻輻射探測(cè)器。當(dāng)然,客戶也可將第三方探測(cè)器連接到輸出端口。
配置二、材料透射/反射光譜儀(Transmission/Reflection Spectrometer Configuration)
SPS-300/SPS-400也可配置成一臺(tái)材料透射/反射太赫茲光譜儀,配置的方法加一個(gè)樣品室和一個(gè)太赫茲探測(cè)器(在準(zhǔn)直光束輸出端口處安裝外部樣品室,在樣品室的探測(cè)輸出端口處安裝外部THz探測(cè)器)
例如,SPS403樣品室和探測(cè)器允許透射率和反射率測(cè)量。光源采用的是SPS-300/SPS-400機(jī)身內(nèi)部的寬帶汞弧燈光源。當(dāng)然,其他類型的寬帶THz光源(例如,Globar或Gunn振蕩器)也可以與外部輸入光端口配合使用。請(qǐng)注意,SPS-300/SPS-400基本系統(tǒng)不包括這些附加功能
配置三、太赫茲圓/線性二向色光譜儀(THz Circular/Liner Dichrosim Spectrometer)
在極化模式操作中,SPS-300/SPS-400具有良好信噪比的,適用于比如材料透射光,圓二色性和線性二色性,測(cè)量VCD等應(yīng)用。對(duì)于現(xiàn)代的物理實(shí)驗(yàn)室中,低于600 cm-1以下測(cè)量振動(dòng)圓二色性(VCD)是一個(gè)挑戰(zhàn)。
而偏振分光干涉法被認(rèn)為是這些測(cè)量中十分有效的方法。其中,分束器是該干涉儀的關(guān)鍵組件,它能根據(jù)偏振的不同將入射光束分開(kāi)。Sciencetech大面積光柵偏振器(FIR grid polarizers)由沉積在聚酯薄膜基板上的金屬線組成,其在500cm-1 - 2.0 cm-1的光譜范圍內(nèi)十分有效。
SPS-300技術(shù)指標(biāo)
雖然SPS-300/SPS-400標(biāo)準(zhǔn)和高分辨率型號(hào)的理想光譜范圍為5µm至5mm(2 cm-1-2000cm-1)和60GHz至60 THz,但實(shí)際光譜范圍會(huì)有所差異,其主要受所用的光源和探測(cè)器的限制影響。在低波數(shù),使用高功率的光源才能獲得2cm-1低波數(shù)光譜范圍的截止值。(例如通過(guò)外部光源端口進(jìn)入的同步加速器和1.7K氦冷卻輻射熱探測(cè)器)。而使用SPS-300/SPS-400內(nèi)置的汞弧燈光源,搭配測(cè)1.7K輻射熱探測(cè)器,在低波數(shù)光譜范圍的截止范圍大約為4cm-1(而不是2 cm-1)。而使用4K氦冷卻輻射熱探測(cè)器和內(nèi)部汞弧燈光源,低波數(shù)截止值則增加到約8cm-1。
在高波數(shù)端,偏振器的柵格間距是限制光譜范圍的主要因素。與其他理想的12.5µm或25µm間距的偏光鏡相比,Sciencetech廠家采用的是間距為4µm的Grid polarizer,因此,實(shí)際上截止值更接近1000cm-1。當(dāng)然,如果探測(cè)器和光源允許,SPS-300/SPS-400能夠達(dá)到2000cm-1。
標(biāo)準(zhǔn)型號(hào):0.12cm-1,帶有5cm translating stage 高分辨率型號(hào):0.020cm-1,帶有30cm translating stage(對(duì)應(yīng)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決定的理論極限。在干涉圖的末端突然停止數(shù)據(jù)收集會(huì)在傅立葉變換光譜中產(chǎn)生振蕩(在光譜曲線上強(qiáng)度大的線的側(cè)面看起來(lái)像“腳”)。科技公司通常使用“切趾”功能 (也叫去腳化或者變跡),將干涉圖乘以一個(gè)在掃描端平滑變?yōu)榱愕囊驍?shù)——但這會(huì)降低分辨率。盡管有多種選擇,但我們引用了Bessel切趾的分辨率,該分辨率比理論極限降低了1.904。通常,分辨率由下式給出:
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軟件上選擇四種切趾,每種切趾都有其自身的影響分辨率的因素:
Bessel: A = 1.904 ;Boxcar:A = 1.207;Cosine:A =2.000;Triangular:A = 1.772
對(duì)于遠(yuǎn)紅外和太赫茲域,建議的切趾處理是Bessel函數(shù)。
光學(xué)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.
(適用于紅外光反射的100mm大光束光學(xué)元件,高光通量的快速f/2.35離軸拋物面鏡,90°±3“屋脊型反射鏡,Martin-Puplett架構(gòu)光學(xué)配置。)
Body:
Stainless steel housing capable of maintaining 10-3 Torr。(不銹鋼外殼,可保持10-3托。)
光源Source:
Internal 75W Hg arc lamp (water cooled) with external DC stabilized power supply and igniter.
(內(nèi)置75W汞柱弧光燈(水冷),帶外部直流穩(wěn)定電源和點(diǎn)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.
遠(yuǎn)紅外和太赫茲(THz)輻射是紅外的長(zhǎng)波長(zhǎng)端和微波區(qū)域的短端的光譜區(qū)域,也稱為亞毫米波長(zhǎng)光譜區(qū)域。 最近,由于所產(chǎn)生的輻射可以穿透各種材料,因此在太赫茲應(yīng)用中引起了人們的關(guān)注。 太赫茲光通常用于材料科學(xué),安全性,藥物成分分析,生物醫(yī)學(xué)成像,超導(dǎo)材料,天文學(xué)和粒子物理研究中
Sciencetech已經(jīng)為天文學(xué)和粒子物理學(xué)領(lǐng)域的亞毫米波長(zhǎng)研究界提供了10多年的SPS-200遠(yuǎn)紅外FTIR。 最近,Sciencetech廠家把 SPS-200升級(jí)成高級(jí)商業(yè)用的SPS-300/SPS-400 THz頻譜分析儀和光譜儀,。 歐洲使用SPS-300校準(zhǔn)了普朗克/赫歇爾飛行任務(wù)的探測(cè)器,以分析宇宙的起源,值得我們感謝他們的支持。
Sciencetech太赫茲傅里葉變換光譜儀的客戶:
已經(jīng)購(gòu)買了Sciencetech太赫茲FTIR傅里葉變換光譜儀的用戶包括:歐洲空間局,德國(guó)馬普研究院(馬克斯·普朗克研究所),阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,加拿大國(guó)家研究委員會(huì),布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,法空間天體物理學(xué)所,勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,世界各地的許多大學(xué)。