FTIR光路搭建指南：从光源到探头，如何解决中红外传输的“临门一米”？

导语

在搭建或升级傅里叶变换红外光谱（FTIR）系统时，我们往往将90%的精力花在了挑选昂贵的光谱仪主机上。

然而，光学工程师都知道，决定最终数据质量的，往往是那剩下的10%——光源的稳定性、光纤的透过率以及探头的耦合效率。

你是否遇到过这些问题：

• 光源发热严重，导致基线漂移？

• 普通石英光纤在2.5μm后信号断崖式下跌？

• 光路耦合困难，能量在传输过程中损耗殆尽？

今天，我们将深入拆解 Arcoptix FTIR光谱附件家族。从覆盖紫外到中红外的稳像光源，到硫系/多晶特种光纤探头，我们将为您展示一套完整的、模块化的光路解决方案，助您打破光谱测量的物理边界。

一、光源篇：稳定的“心脏"

ArcLight系列：电子稳压与宽谱覆盖的平衡

任何光谱系统的起点都是光。对于FTIR系统而言，光源不仅要有足够的强度，更要有较高的热稳定性和光谱覆盖率。Arcoptix 推出的 ArcLight 系列，正是为解决这一需求而生。

1. ARCLIGHT-MIR：中红外的“深潜者"

如果你专注于指纹区（Fingerprint Region）的分析，这款光源会成为你的选择。

• 核心发光体： 采用 SiC globar（碳化硅球） 技术。相比传统的金属丝光源，SiC能提供更接近黑体辐射的光谱分布，且结构极其坚固。

• 光谱霸主： 覆盖 1μm 至 25μm (10,000 - 400 cm⁻¹)。这意味着它不仅能覆盖常规的中红外区域，还能延伸至部分远红外区域，捕捉那些低频的分子振动信号。

• 温度与寿命： 色温约为1550K，额定寿命高达 10,000小时。这意味着在长期的在线监测项目中，你几乎不需要考虑更换灯泡的维护成本。

2. ARCLIGHT-NIR：近红外的“万用王"

针对短波近红外应用，ARCLIGHT-NIR 提供了高亮度的解决方案。

• 核心发光体： 高温 QTH（石英卤素灯）。

• 色温优势： 高达 2850K 的色温，确保了在可见光到近红外（400nm - 4,000nm）波段拥有较高的辐射功率。

• 应用场景： 非常适合农产品水分检测、塑料分选等需要强穿透力的NIR应用。

工程师笔记：为什么我们需要“电子稳定"？ArcLight系列均配备了电子稳定的电源。在FTIR测量中，光源的微小抖动都会被干涉图放大，形成噪声。ArcLight通过精密的电路控制，确保输出光强的波动降至较低，从而显著提高信噪比（SNR）。

二、探头篇：延伸感知的“触角"

光纤反射探头：把实验室带到样品面前

传统的FTIR测量往往需要将样品制备好放入样品仓，这限制了原位测量（In-situ）和在线监测的应用。Arcoptix 的光纤反射探头，通过灵活的光纤束，让光谱仪“长出了手"。

我们提供三种针对不同波段优化的探头，均采用 “6+1"光纤束设计：

• 照明： 6根外围光纤负责将光传输到样品，确保照明均匀。

• 收集： 1根中心光纤负责收集反射信号，回传至光谱仪。

选型指南：三种材质，定胜负

特别亮点：CIR与PIR探头的工艺突破中红外光纤（CIR/PIR）的加工难度远高于石英光纤。Arcoptix 成功将 500μm (CIR) 和 900μm (PIR) 大芯径光纤集成到不锈钢套筒中，不仅保证了高通光量，还通过坚固的封装克服了红外光纤“脆"的物理特性。

三、传输篇：打破材料的物理极限

红外光纤跳线：特种玻璃的艺术

光纤是光路的血管。在可见光领域，石英光纤是实力担当；但在2.5μm之后，石英的吸收损耗急剧上升，变成“不透明"的墙。

为了打通中红外传输的通路，Arcoptix 提供了两种稀有的特种光纤跳线：

1. 硫系红外光纤 (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。

• 高折射率优势： 折射率高达 2.4，数值孔径（NA）为 0.28。这意味着它具有较强的集光能力，能以更大的角度接收光线，非常适合能量微弱的红外信号传输。

• 匹配性： 匹配 2-6 μm 响应范围的 MCT 探测器。

2. 多晶红外光纤 (PIR Fibers)

• 材料秘密： 银卤化物（AgCl:AgBr）固溶体晶体。

• 透射窗口： 4 - 18 μm。这是目前极少数能覆盖整个中红外指纹区的柔性光纤解决方案。

• 超宽带传输： 它的透射曲线非常平坦，没有明显的吸收峰，确保了光谱数据的真实性。

• 耐温性： 工作温度可达 140°C，使其能胜任部分高温反应釜的监测任务。

使用小贴士：红外光纤（特别是PIR）虽然有聚合物护套保护，但其物理性质比石英光纤更“娇贵"。Arcoptix 规定了严格的最小弯曲半径（CIR为100mm，PIR为130mm），在使用时请务必温柔对待，避免过度弯折。

CIR光纤透射曲线

PIR光纤透射曲线

四、耦合篇：能量利用率的倍增器

光纤耦合器/准直器：透镜与反射镜的博弈

拥有了好的光源和光纤，如何将光高效地耦合进去？这取决于波长。

1.< 8μm 的选择：透镜耦合

• Bk7耦合器： 经济实惠，适用于NIR范围（< 4μm）。

• CaF2（氟化钙）耦合器： 性能优秀，透过率高，可延伸至 8μm。

• 优势： 结构简单，成本效益高。

2.> 8μm 的选择：反射式耦合

• 当波长超过8μm，大多数透镜材料开始吸收光线。此时，Arcoptix 的 离轴抛物面镜（Off-axis Parabolic Mirror） 耦合器登场。

• 原理： 利用金属镜面的反射聚焦，消除色差和材料吸收。

• 效果： 实现了从NIR到MIR全波段的“无损"耦合。

总结：构建模块化的光谱实验室

Arcoptix 的这套FTIR附件系统，价值在于“模块化"与“全波段覆盖"。

无论您是在搭建一套用于气体分析的在线监测系统，还是在实验室进行生物样本的非破坏性检测，通过组合不同的光源、光纤和探头，您都可以像搭积木一样，构建出适合当前应用的光路系统。

• 需要测水分？ 选 ArcLight-NIR + 石英探头。

• 需要测有机官能团？ 选 ArcLight-MIR + PIR探头。

• 需要能量传输拉满？ 加上离轴抛物面镜耦合器。

专业，源于对每一个光子的珍惜。