FTIR光路搭建指南：從光源到探頭，如何解決中紅外傳輸的“臨門一米”？

導語

在搭建或升級傅里葉變換紅外光譜（FTIR）系統時，我們往往將90%的精力花在了挑選昂貴的光譜儀主機上。

然而，光學工程師都知道，決定最終數據質量的，往往是那剩下的10%——光源的穩定性、光纖的透過率以及探頭的耦合效率。

你是否遇到過這些問題：

• 光源發熱嚴重，導致基線漂移？

• 普通石英光纖在2.5μm后信號斷崖式下跌？

• 光路耦合困難，能量在傳輸過程中損耗殆盡？

今天，我們將深入拆解 Arcoptix FTIR光譜附件家族。從覆蓋紫外到中紅外的穩像光源，到硫系/多晶特種光纖探頭，我們將為您展示一套完整的、模塊化的光路解決方案，助您打破光譜測量的物理邊界。

一、光源篇：穩定的“心臟"

ArcLight系列：電子穩壓與寬譜覆蓋的平衡

任何光譜系統的起點都是光。對于FTIR系統而言，光源不僅要有足夠的強度，更要有較高的熱穩定性和光譜覆蓋率。Arcoptix 推出的 ArcLight 系列，正是為解決這一需求而生。

1. ARCLIGHT-MIR：中紅外的“深潛者"

如果你專注于指紋區（Fingerprint Region）的分析，這款光源會成為你的選擇。

• 核心發光體： 采用 SiC globar（碳化硅球） 技術。相比傳統的金屬絲光源，SiC能提供更接近黑體輻射的光譜分布，且結構極其堅固。

• 光譜霸主： 覆蓋 1μm 至 25μm (10,000 - 400 cm?1)。這意味著它不僅能覆蓋常規的中紅外區域，還能延伸至部分遠紅外區域，捕捉那些低頻的分子振動信號。

• 溫度與壽命： 色溫約為1550K，額定壽命高達 10,000小時。這意味著在長期的在線監測項目中，你幾乎不需要考慮更換燈泡的維護成本。

2. ARCLIGHT-NIR：近紅外的“萬用王"

針對短波近紅外應用，ARCLIGHT-NIR 提供了高亮度的解決方案。

• 核心發光體： 高溫 QTH（石英鹵素燈）。

• 色溫優勢： 高達 2850K 的色溫，確保了在可見光到近紅外（400nm - 4,000nm）波段擁有較高的輻射功率。

• 應用場景： 非常適合農產品水分檢測、塑料分選等需要強穿透力的NIR應用。

工程師筆記：為什么我們需要“電子穩定"？ArcLight系列均配備了電子穩定的電源。在FTIR測量中，光源的微小抖動都會被干涉圖放大，形成噪聲。ArcLight通過精密的電路控制，確保輸出光強的波動降至較低，從而顯著提高信噪比（SNR）。

二、探頭篇：延伸感知的“觸角"

光纖反射探頭：把實驗室帶到樣品面前

傳統的FTIR測量往往需要將樣品制備好放入樣品倉，這限制了原位測量（In-situ）和在線監測的應用。Arcoptix 的光纖反射探頭，通過靈活的光纖束，讓光譜儀“長出了手"。

我們提供三種針對不同波段優化的探頭，均采用 “6+1"光纖束設計：

• 照明： 6根外圍光纖負責將光傳輸到樣品，確保照明均勻。

• 收集： 1根中心光纖負責收集反射信號，回傳至光譜儀。

選型指南：三種材質，定勝負

特別亮點：CIR與PIR探頭的工藝突破中紅外光纖（CIR/PIR）的加工難度遠高于石英光纖。Arcoptix 成功將 500μm (CIR) 和 900μm (PIR) 大芯徑光纖集成到不銹鋼套筒中，不僅保證了高通光量，還通過堅固的封裝克服了紅外光纖“脆"的物理特性。

三、傳輸篇：打破材料的物理極限

紅外光纖跳線：特種玻璃的藝術

光纖是光路的血管。在可見光領域，石英光纖是實力擔當；但在2.5μm之后，石英的吸收損耗急劇上升，變成“不透明"的墻。

為了打通中紅外傳輸的通路，Arcoptix 提供了兩種稀有的特種光纖跳線：

1. 硫系紅外光纖 (CIR Fibers)

• 材料秘密： 基于硫、硒、碲等元素的硫系玻璃。

• 透射窗口： 1.5 - 6 μm。

• 高折射率優勢： 折射率高達 2.4，數值孔徑（NA）為 0.28。這意味著它具有較強的集光能力，能以更大的角度接收光線，非常適合能量微弱的紅外信號傳輸。

• 匹配性： 匹配 2-6 μm 響應范圍的 MCT 探測器。

2. 多晶紅外光纖 (PIR Fibers)

• 材料秘密： 銀鹵化物（AgCl:AgBr）固溶體晶體。

• 透射窗口： 4 - 18 μm。這是目前極少數能覆蓋整個中紅外指紋區的柔性光纖解決方案。

• 超寬帶傳輸： 它的透射曲線非常平坦，沒有明顯的吸收峰，確保了光譜數據的真實性。

• 耐溫性： 工作溫度可達 140°C，使其能勝任部分高溫反應釜的監測任務。

使用小貼士：紅外光纖（特別是PIR）雖然有聚合物護套保護，但其物理性質比石英光纖更“嬌貴"。Arcoptix 規定了嚴格的最小彎曲半徑（CIR為100mm，PIR為130mm），在使用時請務必溫柔對待，避免過度彎折。

CIR光纖透射曲線

PIR光纖透射曲線

四、耦合篇：能量利用率的倍增器

光纖耦合器/準直器：透鏡與反射鏡的博弈

擁有了好的光源和光纖，如何將光高效地耦合進去？這取決于波長。

1.< 8μm 的選擇：透鏡耦合

• Bk7耦合器： 經濟實惠，適用于NIR范圍（< 4μm）。

• CaF2（氟化鈣）耦合器： 性能優秀，透過率高，可延伸至 8μm。

• 優勢： 結構簡單，成本效益高。

2.> 8μm 的選擇：反射式耦合

• 當波長超過8μm，大多數透鏡材料開始吸收光線。此時，Arcoptix 的 離軸拋物面鏡（Off-axis Parabolic Mirror） 耦合器登場。

• 原理： 利用金屬鏡面的反射聚焦，消除色差和材料吸收。

• 效果： 實現了從NIR到MIR全波段的“無損"耦合。

總結：構建模塊化的光譜實驗室

Arcoptix 的這套FTIR附件系統，價值在于“模塊化"與“全波段覆蓋"。

無論您是在搭建一套用于氣體分析的在線監測系統，還是在實驗室進行生物樣本的非破壞性檢測，通過組合不同的光源、光纖和探頭，您都可以像搭積木一樣，構建出適合當前應用的光路系統。

• 需要測水分？ 選 ArcLight-NIR + 石英探頭。

• 需要測有機官能團？ 選 ArcLight-MIR + PIR探頭。

• 需要能量傳輸拉滿？ 加上離軸拋物面鏡耦合器。

專業，源于對每一個光子的珍惜。