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），可用于遠紅外或THz光譜范圍（5μm-5000μm， 2cm^-1-2000cm^-1或0.06-60 THz。標準的FTS和FTIR光譜系統一般基于邁克爾遜（Michelson）干涉儀構架；然而，SPS-300/SPS-400也可以使用馬丁-普普利特（Martin-Puplett）模式架構，該模式可在正常測量傳輸時，提供極化分割實現明顯更寬的帶通，并可在圓形和線性二向色性測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。根據內部光源，外部輸入和雙輸出端口等模塊的不同，客戶可將SPS-300/SPS-400配置成遠紅外/ THz光源頻譜分析儀（通過連接外部輻射檢測儀），或者配置成材料透射和反射光譜儀（帶一個外部光源，樣品室和探測器），亦或是圓/線性二向色光譜儀等應用。

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準邁克爾遜模式（Michelson），其覆蓋范圍更大。

 

SPS-300太赫茲FTIR光譜儀 標準硬件特點：

- 模塊化設計，可配置為遠紅外/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

- 業界內較好的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器，和定制設計的樣品室

- 標準精度步進和積分模式

- 100mm鍍金光學元件

- 5µm-5mm（2-2000cm^-1）寬光譜范圍

- 標準款分辨率0.12cm^-1（50mm平移臺標）

- 高分辨率款0.02cm^-1高分辨率（配置300mm平移臺）

- 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

 

標準硬件包括：

- 不銹鋼可真空外殼

- Motorized roof mirror alignment system(電動屋脊型反射鏡對準系統)

- 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或固定位置分析器）

- Vacuum gauge （真空計）

- 帶SPS控制軟件的主機

- Arc lamp power supply and igniter（弧光燈光源及點火器）

 

標準軟件

主機和軟件

SPS-300/SPS-400自帶一臺PC帶平板顯示器，并且預置控制軟件，CD版的軟件。 SPS-300/SPS-400控制軟件基于LabView應用在Windows PC系統下工作 ，但也可以通過第三方供應商獲得Mac-OS版本。 提供給客戶的一套可執行版本無需LabView開發環境。

 

模塊化LabView VI結構

用戶可以添加特定于應用程序的LabView虛擬儀器（VI），而無需重新編譯SPS-300/SPS-400軟件。這對于需要將掃描操作與外部功能（樣品室，光源，溫度控制器，磁場掃描等）集成在一起的實驗自動化非常有用。

 

主要軟件功能

- “步進和掃描”操作

- 數據采集和自動日志記錄器

- 數據以ASCII格式文本文件存儲，可輕松導入其他數據分析軟件

- 多任務處理，可同時進行掃描和分析

 

數據處理與操縱

- 通過Mertz-Forman方法校正相位

- 切趾：貝塞爾，棚車，余弦，三角形

- 快速掃描信號的數字濾波

- 加，減，歸一化，相乘（干涉圖或光譜）

- 平均和標準偏差（干涉圖或光譜）

- 通過用戶的功能進行數據擬合：功能經過分析，新功能自動保存在硬盤驅動器上，以便于檢索

 

顯示

- 快速掃描模式：顯示干涉圖，光譜和光譜的相對西格瑪

- 步進和積分模式：顯示干涉圖和鎖定放大器緩沖器的內容

- 顯示光譜，干涉圖，比率，擬合結果和其他數據

- 打印所選數據

 

掃描和處理模式

SPS-300/SPS-400通過獲取已知變換距離下的探測結果，從而生成一個干涉圖。在標準的步進和格柵模式下，每一次探測讀數時，鏡子都停止在預設的位置。在停止狀態下，探測器可以有時間獲得更好的信噪比，并且可以精確的的帶探測器讀數和反射鏡位置之間的關系。

SPS-300/SPS-400軟件可以同時支持掃描和數據分析。僅簡單的命令來實現自動數據采集，實現不需要人守的自動測量。軟件在自己的Window窗口運行而不受后臺其它程序的影響。

 

可選配置

根據客戶應用需要，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外部太赫茲光源，同時在聚光束輸出端口安裝一個外部太赫茲探測器， SPS-300/SPS-400可實現頻譜分析儀的功能。

加拿大ScienceTechnology提供了多種探測器選項：室溫熱釋電探測器，室溫DTGS探測器和氦冷卻輻射探測器。當然，客戶也可將第三方探測器連接到輸出端口。

 

配置二、材料透射/反射光譜儀（Transmission/Reflection Spectrometer Configuration）

SPS-300/SPS-400也可配置成一臺材料透射/反射太赫茲光譜儀，配置的方法加一個樣品室和一個太赫茲探測器（在準直光束輸出端口處安裝外部樣品室，在樣品室的探測輸出端口處安裝外部THz探測器）

例如，SPS403樣品室和探測器允許透射率和反射率測量。光源采用的是SPS-300/SPS-400機身內部的寬帶汞弧燈光源。當然，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。請注意，SPS-300/SPS-400基本系統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，測量VCD等應用。對于現代的物理實驗室中，低于600 cm^-1以下測量振動圓二色性（VCD）是一個挑戰。

而偏振分光干涉法被認為是這些測量中十分有效的方法。其中，分束器是該干涉儀的關鍵組件，它能根據偏振的不同將入射光束分開。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的光譜范圍內十分有效。

 

SPS-300技術指標

雖然SPS-300/SPS-400標準和高分辨率型號的理想光譜范圍為5µm至5mm（2 cm^-1-2000cm^-1）和60GHz至60 THz，但實際光譜范圍會有所差異，其主要受所用的光源和探測器的限制影響。在低波數，使用高功率的光源才能獲得2cm^-1低波數光譜范圍的截止值。（例如通過外部光源端口進入的同步加速器和1.7K氦冷卻輻射熱探測器）。而使用SPS-300/SPS-400內置的汞弧燈光源，搭配測1.7K輻射熱探測器，在低波數光譜范圍的截止范圍大約為4cm^-1（而不是2 cm^-1）。而使用4K氦冷卻輻射熱探測器和內部汞弧燈光源，低波數截止值則增加到約8cm^-1。

在高波數端，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，實際上截止值更接近1000cm^-1。當然，如果探測器和光源允許，SPS-300/SPS-400能夠達到2000cm^-1。

 

標準型號：0.12cm^-1，帶有5cm translating stage   高分辨率型號：0.020cm^-1，帶有30cm translating stage（對應下面分辨率公式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據收集會在傅立葉變換光譜中產生振蕩（在光譜曲線上強度大的線的側面看起來像“腳”）。科技公司通常使用“切趾”功能 (也叫去腳化或者變跡)，將干涉圖乘以一個在掃描端平滑變為零的因數——但這會降低分辨率。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

對于遠紅外和太赫茲域，建議的切趾處理是Bessel函數。

 

光學元件：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架構光學配置。）

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.

（內置75W汞柱弧光燈（水冷），帶外部直流穩定電源和點火器。）

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.

 

遠紅外和太赫茲（THz）輻射是紅外的長波長端和微波區域的短端的光譜區域，也稱為亞毫米波長光譜區域。 最近，由于所產生的輻射可以穿透各種材料，因此在太赫茲應用中引起了人們的關注。 太赫茲光通常用于材料科學，安全性，藥物成分分析，生物醫學成像，超導材料，天文學和粒子物理研究中

Sciencetech已經為天文學和粒子物理學領域的亞毫米波長研究界提供了10多年的SPS-200遠紅外FTIR。 最近，Sciencetech廠家把 SPS-200升級成高級商業用的SPS-300/SPS-400 THz頻譜分析儀和光譜儀，。 歐洲使用SPS-300校準了普朗克/赫歇爾飛行任務的探測器，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：

已經購買了Sciencetech太赫茲FTIR傅里葉變換光譜儀的用戶包括：歐洲空間局，德國馬普研究院（馬克斯·普朗克研究所），阿貢國家實驗室，加拿大國家研究委員會，布魯克海文國家實驗室，法空間天體物理學所，勞倫斯伯克利國家實驗室，世界各地的許多大學。