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原文传递一种用于红外光谱仪的衰减全反射及变角测试附件及方法

专利名称：	一种用于红外光谱仪的衰减全反射及变角测试附件及方法
摘要：	本发明公开了一种用于红外光谱仪的衰减全反射及变角测试附件及方法。本发明通过入射角调整镜和与之联动等高的出射角调整镜实现精确可控的变角测试，通过入射角刻度盘显示读取入射角；在变角测试光路基础上，通过切换载物台及加装预置扭力夹紧装置实现衰减全反射测试，两种模式共用一套光路，系统集成度高；衰减全反射模式中，通过切换三角或梯形ATR晶体载物台实现被测的样品的局部和大范围均匀性对比的红外光谱测试；主光路在各镜片的入射面满足共面条件，通过在入口光处加入偏振片实现偏振测试，通过加入斩波器可实现振幅调制测试；光路中样品的入射角可采用平行光模式，入射角单值性好，红外光谱不产生额外展宽；本发明具有广阔的应用前景。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京大学
发明人：	荣新
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910694389.7
公开号：	CN110346321A
代理机构：	北京万象新悦知识产权代理有限公司
代理人：	王岩
分类号：	G01N21/3563(2014.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	100871 北京市海淀区颐和园路5号
主权项：	1.一种用于红外光谱仪的衰减全反射及变角测试附件，其特征在于，所述衰减全反射及变角测试附件包括：三维平移调整底座、ATR-变角集成光路、入射角刻度盘、指针、可变光阑、ATR-变角可切换载物台、预置扭力夹紧装置；其中，ATR-变角集成光路设置在三维平移调整底座上；ATR-变角集成光路包括关于y方向对称分布的入射光路和出射光路，入射光路包括第一聚焦面镜、入射角调整镜和第一旋转平移联动导轨，入射角调整镜设置在第一旋转平移联动导轨上并能够沿着第一旋转平移联动导轨实现旋转和平移联动，旋转轴为过主光轴入射点的z方向，出射光路包括第二聚焦面镜、出射角调整镜和第二旋转平移联动导轨，出射角调整镜设置在第二旋转平移联动导轨上并能够沿着第二旋转平移联动导轨移动，出射角调整镜与入射角调整镜彼此联动等高；入射角调整镜的旋转倾角θ与平移量Δy相互联动，满足的关系2θ＝arctan(2Δy/L)+π/2，L为入射角调整镜与出射角调整镜的主光轴入射点之间的距离，沿x方向；主光轴在第一和第二聚焦面镜、入射角调整镜、出射角调整镜的入射面均为xy平面，满足共面条件；在入射光路上，位于第一聚焦面镜与入射角调整镜之间设置可变光阑；在入射角调整镜的侧面设置与之固定的入射角刻度盘，入射角刻度盘的外侧设置有固定的指针，入射角刻度盘与xy平面平行，与入射角调整镜联动，指针固定沿y方向；被测样品安装在ATR-变角可切换载物台的上面，测试面朝下放置，在被测样品上面设置预置扭力夹紧装置；衰减全反射及变角测试附件放置在FTIR系统中，并通过xyz三个方向微调三维平移调整底座，使得FTIR反馈信号最强，实现光路对正；衰减全反射及变角测试附件具有两种模式：衰减全反射模式和变角测试模式；在衰减全反射模式中，ATR-变角可切换载物台采用ATR晶体载物台，在ATR晶体载物台上放置被测样品并用预置扭力夹紧装置使被测样品与ATR晶体载物台夹紧；调整入射角调整镜和与之联动等高的出射角调整镜使入射角刻度盘设置在45°全反射角上，此时入射角调整镜的旋转倾角θ为3π/8；入射光入射至第一聚焦面镜，形成平行光；经可变光阑改变光束直径，入射至入射角调整镜，以全反射角入射至ATR-变角可切换载物台的一端；预置扭力夹紧装置施加力使得被测样品与ATR-变角可切换载物台夹紧，光束与被测样品相互作用后，以相同的角度从ATR-变角可切换载物台的另一端出射，分别经过出射角调整镜和第二聚焦面镜出射，出射光经FTIR的检测器收集完成测试；在变角测试模式中，ATR-变角可切换载物台采用变角载物台，在变角载物台上放置被测样品；调整入射角调整镜和出射角调整镜的旋转倾角θ从而设置入射角并由指针对应的入射角刻度盘上的读数显示，入射光入射至第一聚焦面镜，形成平行光；经可变光阑改变光束直径，入射至入射角调整镜，以设定的入射角入射至变角载物台的一端，光束与被测样品相互作用后，以相同的角度从变角载物台的另一端出射，分别经过出射角调整镜和第二聚焦面镜出射，出射光经FTIR的检测器收集完成测试。 2.如权利要求1所述的衰减全反射及变角测试附件，其特征在于，所述入射角调整镜和出射角调整镜采用平面镜或广角离轴抛面镜。 3.如权利要求1所述的衰减全反射及变角测试附件，其特征在于，在衰减全反射模式中，所述ATR晶体载物台内嵌ATR晶体，其红外透射率在被测样品的响应波段范围最低值不低于3％；ATR晶体载物台采用三角ATR晶体载物台或者梯形ATR晶体载物台；三角ATR晶体载物台中内嵌磨角等腰直角三角形ATR晶体，三角形直角边用于红外光入射或出射，三角形斜边用于固定被测样品，适用于反映被测的样品局部的红外光谱信号；梯形ATR晶体载物台中内嵌磨角等腰梯形ATR晶体，梯形两腰互相垂直，用于红外光入射或出射，梯形下底用于固定被测的样品，该载物台适用于反映被测的样品大范围的红外光谱信号。 4.如权利要求1所述的衰减全反射及变角测试附件，其特征在于，在变角测试模式中，变角载物台采用常规变角载物台或者大角变角载物台；常规变角载物台中心含有倒角圆孔，正面孔径小于反面孔径，该载物台适用于入射角20～60°；大角变角载物台中心含有倒角长方形孔，正面长方形长边小于反面长方形长边，该载物台适用于入射角20～80°。 5.如权利要求1所述的衰减全反射及变角测试附件，其特征在于，还包括光路壳体，指针固定在光路壳体上，沿y方向；ATR-变角集成光路设置在光路壳体中，在光路壳体的侧壁上开设有对称的入光口和出光口。 6.如权利要求1所述的衰减全反射及变角测试附件，其特征在于，还包括偏振片或斩波器，在入口光处加入偏振片实现偏振测试，或者加入斩波器实现振幅调制测试。 7.如权利要求1所述的衰减全反射及变角测试附件，其特征在于，所述第一和第二聚焦面镜采用短焦离轴抛面镜。 8.一种如权利要求1所述的用于红外光谱仪的衰减全反射及变角测试附件的测试方法，其特征在于，包括衰减全反射模式和变角测试模式：一、衰减全反射模式： 1)ATR-变角可切换载物台采用ATR晶体载物台，将被测样品放置在ATR晶体载物台上，预置扭力夹紧装置施加力使得被测样品与ATR-变角可切换载物台夹紧； 2)将衰减全反射及变角测试附件放置在FTIR系统中，调整入射角调整镜和出射角调整镜的位置，使得指针位于入射角刻度盘的45°全反射角的刻线上，并固定，此时入射角调整镜的旋转倾角θ为3π/8； 3)缩小可变光阑的孔径，并通过微调三维平移调整底座，使得FTIR反馈信号最强，实现光路对正； 4)入射光入射至第一聚焦面镜，形成平行光； 5)经可变光阑改变光束直径，入射至入射角调整镜，以全反射角入射至ATR-变角可切换载物台的一端；预置扭力夹紧装置施加力使得被测样品与ATR-变角可切换载物台夹紧，光束与被测样品相互作用后，以相同的角度从ATR-变角可切换载物台的另一端出射； 6)出射光分别经过出射角调整镜和第二聚焦面镜出射，经FTIR的检测器收集完成测试；二、变角测试模式： 1)ATR-变角可切换载物台采用变角载物台，将被测试的样品放置在变角载物台上； 2)将衰减全反射及变角测试附件放置在FTIR系统中，缩小可变光阑的孔径，并通过微调三维平移调整底座，使得FTIR反馈信号最强，实现光路对正； 3)调整入射角调整镜和出射角调整镜的位置，使得指针位于入射角刻度盘的设定的入射角的刻线上； 4)入射光入射至第一聚焦面镜，形成平行光； 5)经可变光阑改变光束直径，入射至入射角调整镜，以设定的入射角入射至变角载物台的一端，光束与被测样品相互作用后，以相同的角度从变角载物台的另一端出射； 6)出射光分别经过出射角调整镜和第二聚焦面镜出射，出射光经FTIR的检测器收集； 7)改变入射角，重复步骤3～6)，直至完成所有入射角的测量，完成测试。 9.如权利要求8所述的测试方法，其特征在于，在进行测试前还包括入射角刻度盘机械校准，采用已知入射角的入射光入射，调整入射角刻度盘与入射角调整镜之间的相对角度，使得指针指向已知的入射角度刻线上，将入射角刻度盘与入射角调整镜之间锁紧，完成入射角刻度盘机械校准。
所属类别：	发明专利