18、中红外光谱连续扫描干涉仪详解

中红外光谱连续扫描干涉仪详解

1. 引言

中红外光谱学中使用的标准干涉仪历史悠久。早在1887年，双光束干涉仪就用于著名的迈克尔逊 - 莫雷以太漂移实验，旨在确定光传播是否需要介质。多年后，同一干涉仪用于光谱线精细结构的首次系统研究。直到20世纪60年代，基于傅里叶变换的计算要求限制了干涉仪在复杂光谱研究中的常规应用。此后，基于迈克尔逊干涉仪的傅里叶变换光谱仪开始商业化，用于中红外光谱分析。由于其固有优势，傅里叶变换光谱仪几乎完全取代了色散型仪器。

干涉仪设计不断演变，以满足各种应用需求。如今，傅里叶变换红外光谱仪广泛应用于研究实验室、卫星、过程监测系统、平流层测量的船载和气球载系统，以及用于化学战剂遥感的便携式军事设备等领域。接下来将探讨中红外光谱干涉仪的基本工作原理、误差来源、组件特性，并通过实例说明干涉仪设计如何受光谱仪预期用途的影响。

2. 干涉仪的工作原理

2.1 基本结构

中红外光谱仪中使用的基本迈克尔逊干涉仪的主要组件包括：红外光源发出的光聚焦到雅克诺光阑（Jacquinot stop），该光阑与限制干涉仪立体角的镜子一起控制光谱仪的扩展量和光束发散度。光经过雅克诺光阑后被准直并导向分束器组件，理想情况下，光在此被分成两束强度相等的光束。分束器由沉积在基底上的薄膜构成，为补偿基底对干涉仪一臂光程的影响，在另一臂放置厚度相等的补偿板。分束后，一束光射向固定镜并反射回分束器，另一束光射向可沿光轴移动的镜子，反射后也回到分束器与来自固定镜的光束合并。最后，约一半的光返回光源，另一半射向样品，经样品透射或反射后聚焦到探测器。此外，氦氖（HeNe）激光束也通过干涉仪，并由一个或多个激光探测器检测。

2.2 单色光干涉