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滨松推出高信噪比、高灵敏度微型FTIR引擎

2020-03-16 15:35
滨松
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人的指纹是各自不同的,通过指纹识别,便可以找到特定的那一个人。而在微观世界中,分子也是拥有自己独特的“指纹”的。红外光具有在特定波长被吸收的特性,该特定波长由分子固有的振动能决定。利用此特性可以识别每个分子,因此红外光的光谱范围通常被称为分子的“指纹区”,并被广泛用于分析光谱学中。

其中,傅里叶红外光谱仪(FTIR)是红外光谱分析中一种重要的光谱仪类型,发展自20世纪70年代,属于第三代红外光谱仪技术。由于可以快速、准确的进行多组分的定量和定性分析,FTIR被看看作是医药、食品、农业和化工等领域中实现质量控制的理想工具。

滨松推出高信噪比、高灵敏度微型FTIR引擎

典型的FTIR工作示意

进入FTIR光谱仪的红外光由光学干涉仪中的分束器分成两束。这两个光束分别被固定镜和可移动镜反射,并被分束器重新组合。然后,光被红外检测器检测为光学干涉信号。根据可移动反射镜的位置信息和根据光学干涉信号强度按可移动反射镜位置分布的信息,来执行傅立叶变换以计算每个波长的红外光强度,从而分析样品的成分。

不过,虽然性能棒棒,本领超凡,但FTIR却有一个关于自己“体型”的“烦恼”,那就是:真!的!太!笨!重!了!作为一个“精贵的月半子”,FTIR几乎只能止步于实验室中。面对应用场景中出现的在线检测、快速移动等需求,只能无奈说一句“臣妾做不到”了。

之所以传统的FTIR光谱仪体积非常大,主要是其中的核心部分——光学干涉仪占据了非常大的空间。虽然业界中也一直在推进小型化的工作,也推出了一些有助于缩小整机体积的内部FITR光谱组件产品。但体积的缩小,往往会带来入射光量和光能量损失的问题,许多产品也是在牺牲了灵敏度、信噪比等性能下实现的小型化。若想解决这个问题,内部元件、光路的创新性设计,以及提高工艺水平都是关键。

经过精心重构光学干涉仪的设计思路,并采用always独特的MOEMS技术,滨松成功开发出了一款高性能的微型化FTIR引擎。迈克尔逊光谱干涉仪和控制电路统统内置其中,仅手掌大小,却实现了在1.1-2.5 μm区域超高的灵敏度,具有远超同类产品的高信噪比表现(10000:1),以及高光谱重现性。可内置于便携式FTIR仪器中,实现整机小型化的同时,也可保证高性能的实现。

滨松推出高信噪比、高灵敏度微型FTIR引擎

滨松推出高信噪比、高灵敏度微型FTIR引擎

滨松新型FTIR引擎C15511-01

滨松推出高信噪比、高灵敏度微型FTIR引擎

左:FTIR引擎结构图;右:内置在FTIR中的光学干涉仪结构图

这个FTIR引擎内部到底是有什么样的乾,什么样的坤,才实现了这样的性能的呢?下面我们来看看吧!

1、高灵敏度&高信噪比

上文我们也提到,入射光量和光能量的损失是小型化FTIR灵敏度和信噪比下降的一个重要因素。采用MOEMS技术,滨松开发出了一个直径3 mm的微型可移动反射镜,克服了缩小干涉仪尺寸而又不减少入射光量的挑战。这是信噪比得以提升的关键。

我们还通过先进的封装技术,将可移动反射镜和固定镜直接键合在一起,从而成功地将镜与镜之间的相对角度误差减小了约0.01度。光程差控制更加精确,灵敏度则得到提高。此外,还优化了移动反射镜的驱动器结构和驱动方法,以消除驱动反射镜时出现的模糊,抑制了红外光在光学干涉仪中的扩散,进一步减少了光损失。

当然,体积也进一步得到了缩小,57×49×76 mm,这样的体型仅仅是一般台式仪器的1/100。

2、高光谱重现性

一般的FTIR光谱仪基于干涉光(光学干涉信号)和可移动镜的位置信息执行傅立叶变换,以计算每个波长的红外光强度。而新FTIR引擎利用半导体激光器,可以精确地检测可移动反射镜的位置,增强了测量结果的可重复性。

除了硬件设施外,为了更加方便使用。滨松还开发了与该产品相匹配的软件,用于设置测量条件,获取数据和显示数据图。

滨松推出高信噪比、高灵敏度微型FTIR引擎

评估软件

为了满足进一步的市场需求,滨松此后也将持续提高FTIR引擎性能,进一步减小其尺寸,以及将光谱响应扩展到更长的波长区域。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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