一种基于脉冲红外光源和折叠光路的微小型红外光谱仪

摘 要 设计了一种不同于传统光栅扫描型光谱仪的新型微小型红外光谱仪。该光谱仪采用灵敏度高且体积小巧的非致冷红外探测器LiT aO3 , 在光路上直接采用MEMS 脉冲红外光源, 从而去掉了传统机械斩波器, 并通过折叠光路进一步减小光谱仪体积。初步结果显示, 所设计的微小型红外光谱仪的方法是可行的,工作波段2 000~ 5 000 nm, 光谱带宽45 nm, 可用来分析塑料薄膜、生物液体以及环境大气在内的样品。

     红外光谱仪在石油化工、医药卫生、农业、畜牧业、林业、生物等众多分析领域得到了迅速而广泛的应用。传统的红外光谱仪虽然分辨率高, 但体积庞大、结构复杂、价格昂贵, 大大限制了其应用范围。近年来由于环境监测、生物医学、科技农业、军事分析以及工业流程监控等领域的现代化发展, 要求分析仪器小型化、轻量化, 在特殊场合( 如环保、野外、现场检测、星载分析检测等) 还要求仪器牢固耐振, 因此光谱仪微小型化成为分析仪器发展的迫切需求[ 1- 3] 。由于微电子机械加工(M EMS) 技术制作器件具有许多优势, 如体积小、功耗低、灵敏度高、重复性好、易批量生产、成本低、加工工艺稳定等, 因此基于MEMS 技术的微型光谱仪成为光谱仪微型化发展的主要方向[4- 8] 。目前国外利用
MEMS 技术和IC 集成技术, 已经可以制作具有一定分辨率和响应波段、整个仪器尺寸达到毫米量级的集成化微型红外光谱仪[ 6-8] , 但从国内文献看, 基于MEMS 技术的微型红外光谱仪还未见报道。
    本文提出了一种不同于传统光栅扫描型光谱仪的新型微小型红外光谱仪。该光谱仪采用体积小巧的热释电探测器LiTaO3 作为红外敏感元件, 并通过采用M EM S 红外脉冲光源以及折叠光路, 大大缩小了光谱仪体积, 同时由于整个仪器机械可动部件减少, 系统抗震能力和稳定性也得到了很大提高。