中红外光谱仪2-5 μm
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NLIR(非线性红外传感器)公司是由丹麦技术大学(DTU Fotonik)光子学工程系的3名研究人员和NLIR的首席执行官创立的一家初创公司,隶属于Nynomic集团。
该公司基于新颖的上转换专利技术,开发了中红外光谱仪、单波长探测器和光源等一系列产品。相较于传统的红外光谱仪,NLIR公司的同类产品具有快几个数量级的光谱扫描速度和更高的灵敏度。
上转换技术的核心是可将中红外光转换为近可见光的非线性晶体。这使得可以使用快速高效的硅基传感器来检测中红外(MIR)光。非线性中红外光谱仪的实现代表了一种革命性的新测量范式。该公司被命名为非线性红外传感器(NLIR),以突出与当今领先的傅里叶变换红外光谱(FTIR)的MIR光谱方法的技术差异。
NLIR公司开发的产品可广泛应用于中红外光谱领域,如光谱测量、光学镀膜、激光系统诊断、光纤光谱探针(样品检测)、实时工业过程监控、颜色识别、快速事件光谱分析、弱光光谱测试、自由空间光通信等。
NLIR中红外光谱仪采用了一种新颖的测量结构。该结构基于上转换技术,可以将中红外光转为近可见光。近可见光硅基探测器在探测能力、速度、噪声等方面的性能都远优于中红外探测器。
基于上述原因,利用NLIR公司的上转换技术进行中红外范围的光谱探测,相比传统的中红外探测器直接探测,具有显而易见的优势和广阔的应用前景。
NLIR光谱仪现有三个版本:S2050-400具有最高的灵敏度,400Hz全频段读出速率;S2050-1k具有更快的探测速度和更高的分辨率,但灵敏度稍低;S2050-130k有最佳的分辨率和最高的读出速率。所有版本都有可兼容不同应用的即插即用的GUI界面。此外,也有可适配MATLAB、Python、C(DLLs)的API界面。
产品特点
-高达 130 kHz 的全频谱读出速率
-灵敏度为 -80 dBm/nm。
-2.0 – 5.0 μm 带宽
-光纤耦合输入
-2048像素分辨率低至2.5 cm-1
-即插即用
S2050系列光谱仪
应用领域
-光学镀膜
-光学相干断层扫描
-中红外光谱
-光源表征
-气体、固体、液体非侵入式表征
产品参数
型号
S2050-400
S2050-1k*
S2050-130k*
探测光谱范围(μm)
2-5
分辨率(cm-1)
6
3
2.5
曝光时间(1)(μs)
10.8-1×106
9-1×106
1.3-654
最大读出速率(Hz)
400
1.4k
130k
位数
16
12
灵敏度(counts/(ms mW))
130×103
8×103
1.6×103
暗噪声标准差(2)(counts)
11
60
1
100 ms内最小探测功率(pW/nm)
5
75
25
输入接口类型(3)
SMA905光纤连接头
偏振方向
垂直
最大操作温度(℃)
30
尺寸(高×长×宽)(mm3)
100×306×200
重量(4)(kg)
5
*光谱仪是由光纤连接的两台捆绑设备
(1)S2050-130k要获取更长的有效曝光时间可通过堆叠光谱数据实现
(2)最小曝光时间情况下
(3)光纤接口可以移除用于自由空间光应用
(4)捆绑设备:增加二级设备重量(大约2kg)
应用实例
光学镀膜测量
30W的全反射光源(Globar)被用于镀膜窗口的透射测试光源:3.7-4.5 μm的Ge带通滤波器(BPF)和一片镀有在1064 nm具有高反射率、在2.1-4.5 μm具有高透射率的钇铝石榴石晶体(YAG)镜。S2050-400光谱仪曝光时间设置成20 ms,捕获单张图片,连续采样,不设置平均次数和曲线平滑。
这种测量被用于镀膜质量控制甚至生产监测过程。
镀膜测试结果
80 kHz中红外光谱
波长在3329 nm的中红外激光器驱动电流在1kHz频率下进行调幅。使用NLIR 2.0-5.0 μm的超快80 kHz版本光谱仪测量激光光谱,时间分辨率为12.5 μs。当驱动电流被调制时,激光器的振幅和中心频率发生改变,这些特性变化在测试图中清晰可见。
测试由汉堡应用技术大学(HAW Hamburg)信息与电子工程学院的Marc-Simon Bahr完成。
80 kHz中红外光谱测试结果
kHz速率光学相干断层扫描
光学相干断层扫描是近红外领域众所周知的深度成像技术。由于有众多的优势,NLIR上转换技术用来识别kHz线速率光谱,从而动态监控中红外光学相干断层扫描过程。
此图来自Opt. Lett. 46, p. 4558 (2021)由Niels M. Israelsen等人发表的论文“High-resolution mid-infrared optical coherence tomography with kHz line rate,”
工业和研究领域的开发人员都使用中红外 (MIR) 光谱仪对气体、液体和固体进行非侵入性表征以及光源表征。NLIR 2.0 – 5.0 μm 光谱仪 (S2050-400/S2050-130k) 基于一种新颖的测量方案,可将 MIR 光上转换为近可见光。硅基近可见光探测器在检测速度、速度和噪声方面远远优于 MIR 光探测器。因此,NLIR上变频技术为MIR制度带来了这些吸引人的特性和随之而来的优势。
下面看到的两个版本的灵敏度均为 -80 dBm/nm 或更高,最大全谱读出速率为 130 kHz!因此,该光谱仪能够以小于 10 μs 的时间分辨率表征光源并测量化学过程中的光谱含量。
两个应用实例
演示 1:使用中红外光纤探头测量液体含量
通过使用 NLIR 的 S2050 中红外光谱仪,您可以获得快速响应和准确的分辨率,从而实时监测液体含量。演示 2:每秒捕获 80.000 个中红外光谱。
NLIR 的 kHz 速率光谱仪可以将中红外光上变频到近可见光波长。这意味着您可以从CMOS技术中获益,以捕获光子。光谱仪测量示例
40 kHz 单脉冲测量
以 80 kHz 的读出率测量来自带宽为 3.0 μm – 4.2 μm 且重复频率为 40 kHz 的 2 ns 脉冲的超连续光源的单脉冲。在图中,(a)显示了12 ms数据采集的原始数据,(b)显示了从40 kHz重复速率和80 kHz采样中预期的所有其他读数为空的缩放,(c)显示了10个原始连续光谱。到目前为止,光谱的波动主要由来自光源的噪声主导。
基于该测量结果,S2050-130k光谱仪能够表征红外激光器的快速调制和其他动态事件。
塑料传动
在50 μm聚苯乙烯(PS)薄膜和800 μm聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜的透射测量中,30 W球形光源是中红外光源。S2050-400 光谱仪设置为 20 ms 曝光时间,仅捕获单张照片。随后未对数据应用平均或平滑处理。
在塑料识别或厚度分析的背景下,计算机算法当然可以容忍更短的曝光时间,从而更快地采集。
光纤反射探头
光纤反射探头是一种具有光纤耦合输入和输出的单反弹衰减全反射 (ATR) 晶体。在该测量中,inpur 光纤接收来自 30 W 球形的光,输出光纤将来自探头的光传递到 S2050-400 光谱仪。通过首先在空气中使用ATR探针进行参考,随后将探针分别插入水,丙烷-2-醇和葵花籽油中,产生这些吸收图。
测量结果在100毫秒的曝光时间内进行单次拍摄,随后使用4像素宽的高斯滤波器对数据进行平滑处理。
免费光谱仪软件
- 一个简单易用的软件程序。
- 数据实时流、外部触发模式、后台采集、传输视图、数据保存等。
- 可根据要求提供 MATLAB 和 Python 中的光谱仪 API。
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品牌:NLIR
型号:S2050-400/S2050-1k/S2050-130k