一種偏振紅外光譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種偏振紅外光譜儀，至少由1個(gè)紅外光源，1個(gè)干涉儀，1個(gè)分束器，1個(gè)測(cè)樣附件，1個(gè)激光器，1個(gè)激光探測(cè)器、2個(gè)偏振片、2個(gè)紅外檢測(cè)器，以及與2個(gè)檢測(cè)器匹配的光譜采樣電路系統(tǒng)組成。該光譜儀特征之處在于經(jīng)過測(cè)樣附件的光被分為兩束均等的光，兩束光再分別通過各自光路上的偏振片后，被各自光路上的檢測(cè)器上檢測(cè)，得到干涉圖，干涉圖最后經(jīng)過傅里葉變換處理后同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜。
【專利說明】
一種偏振紅外光譜儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于光譜分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種偏振紅外光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外二向色性法是基于紅外偏振光測(cè)量樣品紅外光譜的方法。分子紅外活性取決于振動(dòng)模式引起偶極矩變化。偶極矩變化越大，吸收系數(shù)越大。紅外吸收系數(shù)還與偶極矩變化的方向(即振動(dòng)的方向)有關(guān)。如果振動(dòng)躍迀矩的矢量方向與入射光的電矢量方向相平行，其吸收最強(qiáng)，稱之為平行譜帶A//;反之，如果兩者相垂直，就不會(huì)產(chǎn)生吸收，稱為垂直譜帶A丄如圖1所示)。二者的比值稱為二向色性比(R)，R = A///A丄。聚合物的取向通常以譜帶的二向色性比值或取向函數(shù)來表征。通過測(cè)量聚合物樣品中不同結(jié)構(gòu)譜帶(如晶區(qū)和非晶區(qū)、主鏈與側(cè)基、硬段與軟段等)的二向色性比值和取向函數(shù)，研究這些特定結(jié)構(gòu)的不同取向情況，從而了解聚合物各部分結(jié)構(gòu)變化的全貌，為聚合物取向結(jié)構(gòu)及與宏觀性能提供相關(guān)的必要數(shù)據(jù)。通常，采用傅里葉變換紅外光譜儀，在光路上增加紅外偏振片獲取偏振光，實(shí)現(xiàn)樣品的偏振紅外光譜測(cè)量。通過分時(shí)依次改變偏振片的方向，分別測(cè)量平行譜帶A//和垂直譜帶A1。然而使用傳統(tǒng)偏振紅外光譜測(cè)量方法，無法實(shí)時(shí)和同時(shí)獲取拉伸過程中聚合物的平行譜帶A//和垂直譜帶A1的光譜。因此，研究實(shí)時(shí)連續(xù)同時(shí)獲取平行譜帶A//和垂直譜帶A丄的偏振紅外光譜的方法成為深入研究聚合物取向結(jié)構(gòu)及與宏觀性的重要課題。常用商品傅里葉變換紅外光譜儀主要由光學(xué)平臺(tái)、光源、激光器、干涉儀、檢測(cè)器，電氣系統(tǒng)等部分組成。但是迄今，所有廠家研發(fā)的傅里葉變換紅外光譜儀器只有一個(gè)檢測(cè)器，不能夠瞬間同時(shí)采集平行譜帶A//和垂直譜帶A丄的光譜。觀察聚合物材料拉伸過程中分子鏈段取向行為，連續(xù)測(cè)量試樣紅外光譜過程中，需要精確控制和記錄溫度、作用力、拉伸速度等測(cè)試條件，對(duì)于超薄試樣和厚試樣研究需要不同的測(cè)量附件，大量不同研究用途的專用附件尚需設(shè)計(jì)開發(fā)。因此，研發(fā)在聚合物材料在拉伸過程中能夠同時(shí)瞬間測(cè)量平行譜帶A//和垂直譜帶A丄光譜的科學(xué)儀器裝置與附件，為高分子物理科學(xué)研究提供必要的技術(shù)工具，具有重大科學(xué)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)聚合物研究對(duì)高性能紅外光譜儀的應(yīng)用需求，提出基于單光束雙光路，研制一種偏振紅外光譜儀。
[0004]—種偏振紅外光譜儀，其特征在于:至少由I個(gè)紅外光源I，I個(gè)激光器2，I個(gè)干涉儀3，I個(gè)激光探測(cè)器4，2個(gè)反射鏡，I個(gè)透射附件7，I個(gè)分束器8、2個(gè)偏振片，2個(gè)檢測(cè)器組成;干涉儀3下方放置光源I和激光器2，在干涉儀右方放置激光探測(cè)器4和第一反射鏡5，在第一反射鏡5下方放置第二反射鏡6;在第二反射鏡6前方為透射測(cè)樣附件7、分束器8;在8前方放置第一偏振片9和第一檢測(cè)器11，在8下方分別放置第二偏振片10和第二檢測(cè)器12，組成雙光路系統(tǒng)；
[0005]光源I和激光器2發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀3，激光器經(jīng)過干涉儀的光被激光探測(cè)器4探測(cè);經(jīng)過干涉儀產(chǎn)生的紅外干涉光被兩個(gè)紅外反射鏡反射，進(jìn)入透射附件7，光透過裝在透射附件7上的樣品后，經(jīng)過分束器8;光經(jīng)過分束器8之后分為2束均等的光，一束光通過第一偏振片9后，被第一檢測(cè)器11檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過第二偏振片10后，被第二檢測(cè)器12檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜；
[0006]另一種方案，透射附件替換為衰減全反射ATR測(cè)樣附件；
[0007]一種偏振紅外光譜儀，其特征在于
[0008]至少由I個(gè)紅外光源I，I個(gè)激光器2，I個(gè)干涉儀3，I個(gè)激光探測(cè)器4，4個(gè)反射鏡，I個(gè)透射附件7，I個(gè)衰減全反射ATR測(cè)樣附件13，2個(gè)斬光鏡、I個(gè)分束器8、2個(gè)偏振片，2個(gè)檢測(cè)器組成;干涉儀3下方放置光源I和激光器2，在干涉儀右方放置激光探測(cè)器4和第一反射鏡5，在第一反射鏡5下方放置第二反射鏡6;在第二反射鏡6前方為第一斬光鏡14、透射測(cè)樣附件
7、第二斬光鏡15、分束器8;在第三反射鏡16前方為衰減全反射ATR測(cè)樣附件13、第四反射鏡17；
[0009]在分束器8前方放置第一偏振片9和第一檢測(cè)器11，在8下方分別放置第二偏振片10和第二檢測(cè)器12，組成雙光路系統(tǒng)；
[0010]光源I和激光器2發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀3，激光器經(jīng)過干涉儀的光被激光探測(cè)器4探測(cè);經(jīng)過干涉儀產(chǎn)生的紅外干涉光被反射鏡反射，
[0011 ] 若控制光通過第一斬光鏡14，則進(jìn)入透射測(cè)量附件7，控制光通過第二斬光鏡15，進(jìn)入分束器8之后分為2束均等的光，一束光通過第一偏振片9后，被第一檢測(cè)器11檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過第二偏振片10后，被第二檢測(cè)器12檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜；
[0012]若控制第一斬光鏡14反射光，反射后的光再被第三反射鏡16反射后進(jìn)入衰減全反射ATR測(cè)樣附13，然后被第四反射鏡17反射經(jīng)過第二斬光鏡15;控制第二斬光鏡15使光被反射，然后通過分束器8被分為2束均等的光，一束光通過第一偏振片9后，被第一檢測(cè)器11檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過第二偏振片10后，被第二檢測(cè)器12檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜。
[0013]本發(fā)明測(cè)樣附件可以為I個(gè)透射測(cè)樣附件，或I個(gè)衰減全反射ATR測(cè)樣附件，也可以同時(shí)設(shè)置I個(gè)透射測(cè)樣附件和I個(gè)ATR測(cè)樣附件，使裝置可以測(cè)量不同厚度的樣品的平行和垂直偏振紅外光譜。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0015]1.提出的光譜儀器系統(tǒng)，采用單光束雙光路設(shè)計(jì)，可同時(shí)測(cè)得試樣的平行偏振紅外光譜和垂直紅外偏振光譜，為深入研究聚合物取向結(jié)構(gòu)及與宏觀性提供豐富光譜數(shù)據(jù)；
[0016]2.提出的光譜儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在光路中可同時(shí)有透射式樣品測(cè)量附件和ATR測(cè)樣附件。兩種附件測(cè)量樣品的厚度不同，使儀器可以測(cè)量不同厚度的試樣，是紅外偏振光譜測(cè)量技術(shù)的突破。
【附圖說明】
[0017]圖1偏振紅外光譜儀結(jié)構(gòu)圖包含一個(gè)透射測(cè)量附件
[0018]圖2偏振紅外光譜儀結(jié)構(gòu)圖包含一個(gè)ATR測(cè)量附件
[0019]圖3偏振紅外光譜儀結(jié)構(gòu)圖包含兩個(gè)測(cè)量附件
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施方式I
[0021]如附圖1所示，一種偏振紅外光譜儀，其特征在于:至少由I個(gè)紅外光源I，I個(gè)激光器2，I個(gè)干涉儀3，I個(gè)激光探測(cè)器4，2個(gè)反射鏡，I個(gè)透射附件7，I個(gè)分束器8、2個(gè)偏振片，2個(gè)檢測(cè)器，組成;干涉儀3下方放置光源I和激光器2，在干涉儀右方放置激光探測(cè)器4和第一反射鏡5，在第一反射鏡5下方放置第二反射鏡6;在第二反射鏡6前方為透射測(cè)樣附件7、分束器8;在8前方放置第一偏振片9和第一檢測(cè)器11，在8下方分別放置第二偏振片10和第二檢測(cè)器12，組成雙光路系統(tǒng)；
[0022]光源I和激光器2發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀3，激光器經(jīng)過干涉儀的光被激光探測(cè)器4探測(cè);經(jīng)過干涉儀產(chǎn)生的紅外干涉光被兩個(gè)紅外反射鏡反射，進(jìn)入透射附件7，光透過裝在透射附件7上的樣品后，經(jīng)過分束器8;光經(jīng)過分束器8之后分為2束均等的光，一束光通過偏振片9后，被檢測(cè)器11檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過偏振片10后，被檢測(cè)器12檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜。
[0023]實(shí)施方式2
[0024]實(shí)施方式2與實(shí)施方式I不同之處在于，透射測(cè)量附件7改為ATR測(cè)量附件13，結(jié)構(gòu)與圖1相同。光譜儀由I個(gè)紅外光源I，I個(gè)激光器2，I個(gè)干涉儀3，I個(gè)激光探測(cè)器4，2個(gè)紅外反光鏡，I個(gè)ATR附件7，I個(gè)分束器8、2個(gè)偏振片9，10，2個(gè)紅外檢測(cè)器11,12,以及與兩個(gè)檢測(cè)器匹配的光譜采樣電路系統(tǒng)組成。干涉儀3下方放置光源I和激光器2，在干涉儀右方放置激光探測(cè)器4和反射鏡5，在5下方放置I個(gè)紅外反光鏡6。在6前方為ATR測(cè)樣附件13、分束器8。該光譜儀可同時(shí)獲得樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜。
[0025]光源I和激光器2發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀3，激光器經(jīng)過干涉儀的光被激光探測(cè)器4探測(cè);經(jīng)過干涉儀產(chǎn)生的紅外干涉光被反射鏡反射，進(jìn)入ATR附件13。光通過ATR附件中的晶體投射到放置在晶體上的試樣表面上，穿透到試樣表面內(nèi)一定深度后再返回到樣品表面，進(jìn)入晶體，完成一次衰減全反射，經(jīng)過I次或多次衰減全反射后，光進(jìn)入分束器8。光經(jīng)過分束器8之后分為2束均等的光，一束光通過偏振片9后，被檢測(cè)器11檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過偏振片10后，被檢測(cè)器12檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜。
[0026]實(shí)施方式3
[0027]實(shí)施方式3與實(shí)施方式I和2的不同之處在于，該實(shí)施方式具有透射附件和ATR附件，結(jié)構(gòu)如圖3所示。與圖1不同之處在于，在透射附件7下方增加一個(gè)ATR測(cè)量附件13，在透射附件前后分別增加I個(gè)斬光鏡，在ATR附件前后分別增加一個(gè)紅外反射鏡。該光譜儀由I個(gè)紅外光源I，I個(gè)激光器2，I個(gè)干涉儀3，I個(gè)激光探測(cè)器4，I個(gè)分束器8、2個(gè)偏振片9，10，2個(gè)紅外檢測(cè)器11,12,1個(gè)透射附件7，I個(gè)ATR附件13，2個(gè)斬光鏡14，15，4個(gè)反射鏡5，6，16，17，以及與兩個(gè)檢測(cè)器匹配的光譜采樣電路系統(tǒng)組成。
[0028]光源I和激光器2發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀3，激光器經(jīng)過干涉儀的光被激光探測(cè)器4探測(cè);經(jīng)過干涉儀產(chǎn)生的紅外干涉光被反射鏡反射，經(jīng)過第一斬光鏡14。測(cè)量時(shí)，通過控制光通過斬光鏡或是被斬光鏡反射，控制光進(jìn)入透射附件和ATR附件中的任一光路，從而進(jìn)行透射方式或ATR方式測(cè)量。
[0029]透射附件光路:若控制光通過第一斬光鏡14，則進(jìn)入透射測(cè)量附件7，控制光通過第二斬光鏡15，進(jìn)入分束器8之后分為2束均等的光，一束光通過偏振片9后，被檢測(cè)器11檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過偏振片10后，被檢測(cè)器12檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜。
[°03°] ATR附件光路:控制第一斬光鏡14反射光，反射后的光再被反射鏡16反射后進(jìn)入ATR附件13，然后被反射鏡17反射經(jīng)過第二斬光鏡15?？刂频诙毓忡R15使光被15反射，然后通過分束器8被分為2束均等的光，它們?cè)俜謩e通過各自的偏振片后，在各自檢測(cè)器上被檢測(cè)，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光
L曰O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種偏振紅外光譜儀，其特征在于:至少由I個(gè)紅外光源(I)，1個(gè)激光器(2)，I個(gè)干涉儀(3)，1個(gè)激光探測(cè)器(4)，2個(gè)反射鏡，I個(gè)透射附件(7)，I個(gè)分束器(8)、2個(gè)偏振片，2個(gè)檢測(cè)器組成;干涉儀(3)下方放置光源(I)和激光器(2)，在干涉儀右方放置激光探測(cè)器(4)和第一反射鏡(5)，在第一反射鏡(5)下方放置第二反射鏡(6);在第二反射鏡(6)前方為透射測(cè)樣附件(7)、分束器(8);在(8)前方放置第一偏振片(9)和第一檢測(cè)器(11)，在(8)下方分別放置第二偏振片(10)和第二檢測(cè)器(12)，組成雙光路系統(tǒng)； 光源(I)和激光器(2)發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀(3)，激光器經(jīng)過干涉儀的光被激光探測(cè)器(4)探測(cè)；經(jīng)過干涉儀產(chǎn)生的紅外干涉光被兩個(gè)紅外反射鏡(5)、(6)反射，進(jìn)入透射附件(7)，光透過裝在透射附件(7)上的樣品后，經(jīng)過分束器(8);光經(jīng)過分束器(8)之后分為2束均等的光，一束光通過第一偏振片(9)后，被第一檢測(cè)器(11)檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過第二偏振片(10)后，被第二檢測(cè)器(12)檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振紅外光譜儀，其特征在于: 透射附件替換為衰減全反射ATR測(cè)樣附件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種偏振紅外光譜儀，其特征在于: 至少由I個(gè)紅外光源(I)，I個(gè)激光器(2)，I個(gè)干涉儀(3)，I個(gè)激光探測(cè)器(4)，4個(gè)反射鏡，I個(gè)透射附件(7)，I個(gè)衰減全反射ATR測(cè)樣附件(13)，2個(gè)斬光鏡、I個(gè)分束器(8)、2個(gè)偏振片，2個(gè)檢測(cè)器組成;干涉儀(3)下方放置光源(I)和激光器(2)，在干涉儀右方放置激光探測(cè)器(4)和第一反射鏡(5)，在第一反射鏡(5)下方放置第二反射鏡(6);在第二反射鏡(6)前方為第一斬光鏡(14)、透射測(cè)樣附件(7)、第二斬光鏡(15)、分束器(8);在第三反射鏡(16)前方為衰減全反射ATR測(cè)樣附件(13)、第四反射鏡(17); 在分束器(8)前方放置第一偏振片(9)和第一檢測(cè)器(11)，在(8)下方分別放置第二偏振片(10)和第二檢測(cè)器(12)，組成雙光路系統(tǒng)； 光源(I)和激光器(2)發(fā)出的光進(jìn)入干涉儀(3)，激光器經(jīng)過干涉儀的光被激光探測(cè)器(4)探測(cè);經(jīng)過干涉儀產(chǎn)生的紅外干涉光被反射鏡反射， 若控制光通過第一斬光鏡(14)，則進(jìn)入透射測(cè)量附件(7)，控制光通過斬光鏡(15)，進(jìn)入分束器(8)之后分為2束均等的光，一束光通過第一偏振片(9)后，被第一檢測(cè)器(11)檢測(cè)至IJ，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過第二偏振片(10)后，被第二檢測(cè)器(12)檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光譜； 若控制第一斬光鏡(14)反射光，反射后的光再被第三反射鏡(16)反射后進(jìn)入衰減全反射ATR測(cè)樣附件(I3)，然后被第四反射鏡(17)反射經(jīng)過第二斬光鏡(15);控制斬光鏡(I5)使光被反射，然后通過分束器(8)被分為2束均等的光，一束光通過第一偏振片(9)后，被第一檢測(cè)器(11)檢測(cè)到，得到干涉圖，另外一束光經(jīng)過第二偏振片(10)后，被第二檢測(cè)器(12)檢測(cè)到，得到干涉圖，最后經(jīng)過傅里葉變換處理，同時(shí)得到樣品的平行偏振光譜和垂直偏振光4並L曰O
【文檔編號(hào)】G01N21/35GK106092905SQ201610447666
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】閆壽科, 宋春風(fēng), 李效玉, 袁洪福, 胡愛琴
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)