遠紅外太赫茲光譜儀

遠紅外太赫茲光譜儀

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。 近來，由于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，藥物化合物分析，生物醫學成像，超導材料，天文學和粒子物理研究中。

歐洲航天局的普朗克衛星拍攝的宇宙微波輻射的一張全天圖像

科學技術是太赫茲光譜學的先驅，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將其SPS-200升級為高級商業級SPS-300 / SPS-400 THz頻譜分析儀和光譜儀。 歐洲航天局使用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遠紅外太赫茲光譜儀SPS-300 / SPS-400

SPS-300 / SPS-400是Sciencetech新的模塊化偏振傅立葉變換光譜儀（FTS），專門設計用于在遠紅外或THz光譜范圍內工作（在5µm至5000µm的波長，0.06至60 THz的波長或2cm-1至2000cm -1）。標準的FTS和FTIR系統基于Michelson配置。但是，SPS-300 / SPS-400也可以使用Martin-Puplett配置進行功能，該配置可在測量正常傳輸時提供極化劃分，以實現明顯更寬的帶通，并具有改善的信噪比，可用于圓形和線性二向色性測量。

與其他類似系統相比，SPS-300 / SPS-400的模塊化具有更高的通用性。我們的內部源，外部輸入和雙輸出端口使用戶能夠配置SPS-300 / SPS-400

作為遠紅外/ THz光源光譜分析儀（通過安裝外部輻射熱計檢測器）或作為材料透射和反射光譜儀（具有外部光源，樣品室和檢測器）。

SPS-300 / SPS-400還配備125mm線柵偏振分束器和Mylar分束器。柵格偏振器分束器允許用戶在偏振馬丁-普普利特模式下操作，與使用麥拉片分束器的標準邁克爾遜模式相比，其覆蓋范圍更大

標準硬件

標準硬件功能

• 模塊化設計，用作遠紅外，太赫茲光譜分析儀或材料光譜儀  
• 雙偏振Martin-Puplett和Michelson干涉儀配置，取決于所使用的分束器  
• 業界的4µm聚酯薄膜格柵分束器，用于偏振模式  
• 支持外部第三方光源和檢測器  
• 支持外部定制設計的樣品室  
• 標準精度步進和積分模式  
• 大型100mm鍍金光學元件  
• 2~2000cm^-1（5μm~5mm）寬光譜范圍
• 適用于50mm載物臺的標準型號的分辨率為0.12cm^-1  
• 0.02cm-1用于高分辨率模型，并具有300mm舞臺升級  
• 真空密封外殼可承受低至10 Torr-3的壓力，從而消除了大氣水蒸氣的光譜效應。

SPS-300包含的組件

• 不銹鋼真空額定外殼 
• 電動車頂后視鏡定位系統 
• 聚酯薄膜分束器用于邁克爾遜模式操作 
• 75W超靜音汞弧燈光源 
• 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。（Martin-Puplett模式也需要輸入偏振器和旋轉或固定位置分析器。） 
• 真空計 
• 帶有SPS控制軟件的主機 

標準軟件

主機和軟件

配有平面顯示器的PC作為主機，并且已完全安裝SPS-300 / SPS-400控制軟件并可以運行。CD上還提供了該軟件的副本。SPS-300 / SPS-400控制軟件是在Windows PC上運行的基于LabView的應用程序。提供了該軟件的可執行版本，因此用戶不需要LabView開發環境。盡管Sciencetech僅支持Windows版本的SPS-300 / SPS-400控制軟件，但也可以通過第三方供應商獲得Mac-OS版本。

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通過獲取多個檢測器讀數來生成干涉圖，因為反射鏡可在已知距離上平移。在標準步進和積分模式下，對于每個探測器讀數，反光鏡都會停在位置。通過停止，檢測器可以獲取較長的讀數，以獲得更好的信噪比，并且可以精確地獲知檢測器讀數與反射鏡位置之間的關系。該軟件能夠同時進行掃描和數據分析。SPS-300 / SPS-400軟件在其自己的窗口中運行，并且不受后臺運行的其他Windows應用程序的干擾?？梢酝ㄟ^簡單的命令腳本來實現自動數據采集，這對于組織無人值守的自動測量非常有用。

配置選項

根據所選的可選組件，可以將SPS-300配置為以下組件：

光譜分析儀

通過將外部THz光源安裝在外部輸入端口上并將外部THz檢測器安裝在會聚光束輸出端口上，將SPS-300 / SPS-400用作頻譜分析儀。

Sciencetech提供了多種檢測器選項：室溫熱釋電檢測器，室溫DTGS檢測器和氦冷卻輻射熱計。用戶還可以選擇將第三方檢測器連接到輸出端口。

材料透射/反射光譜儀

SPS-300 / SPS-400通過將外部樣品室安裝在準直光束輸出端口處以及將外部THz檢測器安裝在樣品室檢測器輸出端口上而用作材料透射/反射光譜儀。

例如，SPS403樣品室和檢測器允許透射率和反射率測量。源是SPS-300 / SPS-400機身內部的寬帶汞弧燈。

同樣，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對。請注意，SPS-300 / SPS-400基本系統不包括這些附加功能。

THz圓形/線性二向色光譜儀

在偏振模式操作中，SPS-300 / SPS-400還可以用于具有良好信噪比的透射，圓二色性和線性二色性研究。低于600 cm-1的振動圓二色性（VCD）的測量是一項現代實驗挑戰。

偏振分光干涉法被認為是進行這些測量的*有效方法。分光器是成功地應用該干涉儀的重要組成部分，分光器可根據偏振將入射光束分開。

由沉積在聚酯薄膜基板上的金屬線組成的Sciencetech大面積FIR柵格偏振器是有效的分束器，適用于500cm-1~2.0 cm-1的頻率范圍。

技術指標

光譜范圍

SPS-300 / SPS-400的光譜范圍（標準和高分辨率型號）為2至2000cm^-1（5μm至5mm或60GHz至60 THz）。盡管SPS-300 / SPS-400光學器件可以覆蓋2到2000cm-1的光譜范圍，但實際范圍通常受所用光源和檢測器組合的限制。例如，只有使用高功率源（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）才能獲得2cm-1低波數光譜范圍的截止值。使用提供的內置汞弧燈，使用輻射熱計將低波數頻譜范圍的截止范圍限制為大約4cm-1。使用4K氦冷卻輻射熱計和內部Hg弧光燈，該低波數截止值增加到約8cm^-1。

在高波數端，偏振器的柵格間距是限制因素。與其他12.5µm或25µm間距的偏振器相比，由于Sciencetech使用的是間距為4µm的柵格偏振器，因此，如果探測器和光源允許，SPS-300 / SPS-400能夠達到2000cm^-1。更常見的是截止值更接近1000cm^-1。

解析度

標準：0.12cm-1，帶有5cm的移動臺      

高：0.020cm-1，帶有30cm的移動臺

SPS-300 / SPS-400引用的分辨率不是由某些制造商引用的，由車頂鏡平移臺長度決定的理論極限。

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（在強線的側面看起來像“腳”）。Sciencetech使用“切趾”功能，將干涉圖乘以一個在掃描結束時平滑變為零的因數-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)

Four different apodizations can be selected on the SPS-300/SPS-400 software, each with its own factor affecting the resolution:

Bessel: A = 1.904  Boxcar:A = 1.207 Cosine:A =2.000 Triangular:A = 1.772

The recommended apodization for the very far infrared and THz domains is the Bessel function.

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.

Body: 
Stainless steel housing capable of maintaining 10-3 Torr. 

Source: 
Internal 75W Hg arc lamp (water cooled) with external DC stabilized power supply and igniter.

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.