傅里叶变换红外光谱仪
20世纪70年代傅里叶变换技术在中红外光谱仪器上的应用使其性能得到革命性的变化,进入80年代该类型的仪器已成为红外光谱仪器的主导产品,传统光栅扫描型中红外光谱仪器已经基本退出了历史舞台,自20世纪中叶,近红外光谱仪经历了光栅波长扫描型和滤光片型仪器开发和应用成熟的过程,进入80年代,近红外光谱仪器已经形成众多仪器家族中的重要一员,具有光明的市场前景,傅里叶变换红外光谱仪迅速进入该仪器领域,借助于研制中红外光谱仪器的技术基础,通过调整光源、分束器和检测器,傅里叶变换红外光谱仪器应运而生。目前,傅里叶变换红外光谱仪已经成为实验室仪器的主流仪器之一。
傅里叶变换光谱仪基于光干涉和傅里叶变换原理设计的。由光源、干涉仪、激光、检测器和其他光学元件组成。分光原理基于核心部件迈克尔逊干涉仪,它由移动反射镜、固定反射镜和分光束BS组成,光源发出的光经准直成为平行光,按45°入射到分束器上,其中一半强度的光被分束器反射,射向动镜,另一半强度的光透过分束器射向固定镜。射向固定镜的光反射回来透过分束器,与被固定镜发射后又被分束器反射的光汇合到一起,这两束光具有同相位,但经过的光程不同,因此,回合光成为具有干涉光特性的相干光,当动镜运动时,就能得到不同光程差的干涉光强,当两束光的峰峰值同相位时,光强被加强,当峰谷值相同位时,光强被抵消,在相长和相消干涉之间是部分的相长相消干涉。对于一个纯单色光,在动镜连续运动中将得到强度不断变化的余弦干涉波。
传统迈克尔逊干涉仪对光的调制是靠镜面的机械扫描运动来实现的,这就决定了这种仪器的扫描速度不可能很高,要想达到比较高的光谱分辨率,则要求动镜移动量很大,会使系统比较庞大,同时它对机械扫描系统的加工、装配等的精度提出了非常高的要求。
为了提高干涉仪系统的稳定性、可靠性和耐久性,降低加工和装配精度以及缩小系统体积,国际各大知名仪器制造商对经典的迈克尔逊干涉仪进行了各种改进。一方面是针对系统的抗震性能,提出了用60°或90°角镜、猫眼反射器来代替平面反射镜、定镜动态调整技术。或者在机械扫描运动系统中,采用气浮导轨、磁浮轴承、面弹簧支撑等,以减小摩擦,另一方面,由于动镜机械扫描的本质是为了改变两条光路之间的光程差,因此也相应的提出了许多改变光程差的方案,如扫描分光镜结构、钟摆结构、旋转角镜或平板介质结构、插入光楔结构、转动平面镜租结构等
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