所提出的長期測量反映了超連續介質源平均功率的時間穩定性，因此通過增加測量時間可以實現信噪比增強。本文對中紅外超連續光源的光譜穩定性進行介紹。
中紅外超連續光源的光譜穩定性
摘要：所提出的長期測量反映了超連續介質源平均功率的時間穩定性，因此通過增加測量時間可以實現信噪比增強。本文對中紅外超連續光源的光譜穩定性進行介紹。
對中紅外光譜非常感興(xing) 趣的度量是在標準測量時間尺度上的時間間隔上發射體(ti) 誘導的光譜波動。從(cong) 這個(ge) 角度來看，零吸光度線提供了一個(ge) 洞察這一性質。在相同的條件下，在光路和係統不發生變化的情況下，計算了兩(liang) 個(ge) 連續測量光譜的比爾吸光度。因此，它們(men) 可以用來評估不同發射器的噪聲，因為(wei) 它們(men) 顯示出波數相關(guan) 的不穩定性。我們(men) 在沒有插入樣品的情況下進行了這些測量。使用中性密度過濾器和不同孔徑尺寸，人為(wei) 地將強度縮放到可比較的水平。因此，結果並不代表絕對信噪比的優(you) 點:例如，通過增加光譜測量的路徑長度，熱源的信號可以被強烈或完全抑製，而超連續波仍然可以有效穿透。各種zui先jin的基於(yu) 激光的中紅外光譜方法的光譜噪聲定量評估可在中找到。
為(wei) 了表征中紅外超連續介質源的光譜性能，並將其與(yu) 標準熱發射器進行比較，排除儀(yi) 器噪聲的可能貢獻，我們(men) 使用商用FTIR光譜儀(yi) (Bruker Optics, Vertex 70)作為(wei) 核心係統，並使用中紅外探測器(汞鎘碲化可變間隙探測器，MCT, Vigo PCI-4TE-12，探測率D = 2.0 × 109 cm·√Hz·W−1)進行所有表征測量。光譜儀(yi) 和探測器的采集參數和設置是固定的，因此對不同的信號源進行噪聲估計的測量時間設定為(wei) 常數(每個(ge) 光譜約5秒)。圖1分別描述了三個(ge) 中紅外超連續光譜源和內(nei) 置FTIR Globar測量的零吸光度線。
(a)基於(yu) Leukos InF3光纖的超連續介質源 (600 mW, 250 KHz;使用1% ND濾波器); | (b) NKT光子學ZBLAN光纖超連續譜源(500 mW, 2.5 MHz);RMS = 0.0025 (abs.u)。 |
| (c) Thorlabs SC4500 InF3光纖超連續源(300 mW, 50 MHz);RMS = 0.0024 (abs.u)。 | (d)標準機載熱發射器;RMS = 0.0012 (abs.u)。 |
圖1所示。使用標準FTIR儀(yi) 器測量的零吸收線，采用(a-c)中紅外超連續光源和(d)常規熱發射器;發射功率譜在對應的子圖中如下所示，以供參考(大氣CO2和H2O的特征吸收)，探測器暗噪聲底為(wei) 3.3×10-5 (a.u);FTIR光譜儀(yi) 、檢測器(MCT)及其所有測量參數設置相同，因此，噪聲評估的測量時間設置為(wei) 恒定(每個(ge) 光譜約5秒);使用2.4 μ m邊通光譜濾波器選擇光譜的中紅外部分;RMS誤差計算的頻譜帶寬範圍為(wei) 4025 cm-1至2280 cm-1[由於(yu) 覆蓋範圍有限，(c)為(wei) 2500 cm-1]。
由於(yu) 超連續光源是脈衝(chong) 低占空比光源，因此使用了箱車積分器(門控積分器，蘇黎世儀(yi) 器，UHFLI)來解調和預處理信號，以便由光譜儀(yi) 的讀出電子設備采集。因此，通過在優(you) 化配置的時間門(從(cong) 20到50 ns)期間平均信號來排除脈衝(chong) 間噪聲。選擇這種類型的積分器是因為(wei) 與(yu) 鎖相放大器相比，它對於(yu) 非正弦低占空比源更有效。我們(men) 假設積分器不引入顯著的噪聲，允許將脈衝(chong) 超連續波與(yu) 連續波熱發射進行比較。
圖1所示的所有測量都是在光譜儀(yi) 的鎖定配置和參數下進行的。利用邊通濾波器(2.4 μ m cut-on波長)選擇中紅外光譜波段。為(wei) 了使探測器在接近飽和狀態下工作，根據光源的不同亮度調整了孔徑的大小。由於(yu) 其中一種超連續介質激光器(Leukos，基於(yu) InF3光纖)與(yu) 其他光源相比具有相當高的脈衝(chong) 能量(平均功率650mw，重複頻率250khz)，因此采用強中性密度濾波器來對前者的發射進行比例調整(1%傳(chuan) 輸，Thorlabs NDIR20B，光譜強度噪聲假設按比例進行比例調整)。FTIR係統的鏡像頻率固定在1 kHz用於(yu) 表征，因此，用於(yu) 噪聲評估的測量時間窗口是恒定的。根據源的脈衝(chong) 重複率，車廂積分器(即幹涉圖解調設備)被單獨配置，以避免在各自的幹涉圖中高頻分量的塗抹。這是由於(yu) 相對於(yu) 車廂積分器的有效帶寬，鏡麵速度高造成的。對於(yu) NKT Photonics的超連續光源，boxcar時間常數設置為(wei) 1024個(ge) 周期(相當於(yu) 410µs時間常數)，對於(yu) Leukos的超連續光源，boxcar時間常數設置為(wei) 128個(ge) 周期(512µs時間常數)，對於(yu) Thorlabs SC4500, boxcar時間常數設置為(wei) 32768個(ge) 周期(655µs時間常數)。由於(yu) 高信噪比，得到的光譜平滑。
考慮到圖1中描述的表征結果和獲得的RMS誤差，必須注意的是，NKT Photonics和Thorlabs的高重複率超連續譜發生器具有優(you) 越的光譜穩定性(光譜偏差無法用肉眼區分)，並且在小範圍內(nei) 超過了給定配置下的熱發射器。然而，基於(yu) ZBLAN超連續的FTIR的光譜噪聲性能仍然可以通過平坦的光譜形狀或去除強光譜峰來有效地利用探測器和DAQ單元的動態範圍來提高，這可以在相對較寬的光譜範圍內(nei) 產(chan) 生相當的噪聲水平。
所有特征超連續介質源都是常規的，基於(yu) 一個(ge) 反常色散產(chan) 生方案。圖1證實並說明了一個(ge) 眾(zhong) 所周知的事實，即在異常色散區使用泵浦的超連續介質源表現出相對較高的波動(特別是與(yu) 全正態色散超連續介質發生器的新概念相比)。然而，該圖也顯示了脈衝(chong) 平均的重要性，因此對於(yu) 大多數常規中紅外光譜国产成人在线观看免费网站，高脈衝(chong) 重複頻率發射器(MHz或數十MHz範圍)可以減少脈衝(chong) 到脈衝(chong) 光譜不穩定性的影響。在光譜域光學相幹層析成像的ji端噪聲敏感技術中，通過使用高重複率的積分來降低噪聲的示例可以在中找到。此外，我們(men) 想指出的是，光譜亮度的增強能夠顯著延長光-物質相互作用的路徑長度，並探測更多的分子(即增強相對於(yu) 噪聲的吸收信號)。因此，相對較高的光譜不穩定性(在標準測量時間尺度)的超連續介質源相比標準熱發射器在實踐中變得微不足道。
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