22、中红外光谱法中的法布里 - 珀罗干涉仪

中红外光谱法中的法布里 - 珀罗干涉仪

1. 法布里 - 珀罗干涉仪基础

法布里 - 珀罗光谱仪（FPS）由C. Fabry和A. Perot于1896年开发，具有极高的光谱分辨率和较大的光度 - 分辨率乘积。不过，其适用光谱范围局限于非常狭窄的区间，因此在中红外区域测量连续光谱时应用不多。中红外光谱测量的主要仪器是傅里叶变换光谱仪（FTS），而FPS主要用于测量可见光和紫外区域激光谱线的超精细结构以及布里渊散射。

法布里 - 珀罗干涉仪（FPI）是多光束、振幅分割干涉仪之一，由两块固定间距的平板组成，内表面涂有金属或高折射率材料。当准单色光入射时，会因多次反射产生干涉条纹。为避免外表面反射干扰，两块板会有微小楔角，这种带有固定间隔的装置称为法布里 - 珀罗（FP）标准具。不同光谱区域使用的涂层材料不同，如可见光和紫外区域常用Ag涂覆玻璃或熔融石英板，红外区域则用Ge、Te等涂覆KBr、NaCl或ZnSe板，远红外区域使用金属网代替平板。

2. 强度透射率

假设FP标准具周围是空气（折射率为1），标准具介质折射率为n，间距为d。忽略介质吸收和反射时的相移，当单色平行p - （或s - ）偏振光以角度q入射时，透射光可表示为：
[a = itt_0 + itt_0r_0^2 \exp(i\nu) + itt_0r_0^4 \exp(i2\nu) + \cdots = \frac{itt_0}{1 - r_0^2 \exp(i\nu)}]
其中t和(t_0)是菲涅耳透射系数，r和(r_0)是菲涅耳反射系数。根据斯托克斯关系，(r^2 + tt_0 = 1)且(r = -r_0)。设能量透射率(T = tt_0)，能量反射率(R = r^2