一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法
【专利摘要】一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，将透高频消减中、低频的吸收片和透低频消减中、高频的吸收片置于红外光源后的光路中，对光源发出的部分光能进行有频率针对性的吸收，从而达到均衡本底光谱能量分布的效果，之后通过提高光源光能使红外探测器上接收到的总能量与添置吸收片前接收到的总能量相同，此时本底光谱在原先低能量分布处的能量大幅提高，从而显著提高了这些频段的信噪比；本发明可以避免由于傅里叶红外光谱能量分布均衡性较差带来的一些频段的信噪比和探测灵敏度过低的问题。
【专利说明】
一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于傅里叶红外光谱仪光谱测量领域，特别涉及一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法。
【背景技术】
[0002]为了解决严峻的环境污染问题，寻求一种强有力的监测手段是必不可少的。近年来傅里叶红外光谱仪(FTIR)由于其测量速度快、探测波数范围宽、可同时测量多种组分的显著优势被广泛应用于大气、水源中污染物的检测领域，尤其利于对突发性灾害事件中环境安全的紧急检测。通常FTIR检测气体的光路示意图如图2所示，图中，采用He-Ne激光器I和红外光源2，发出光线经分束器3后照射至动镜4和定镜5上，激光被激光探测器7接收，红外光经过抛物面镜一 6反射后照射至样品8，透射后再经过抛物面镜二 9的发射，经由探测器光阑10得到红外干涉信号11，并最终得到红外光谱信号12。FTIR的核心是采用了红外光束、激光束共用干涉仪的设计，采用激光干涉信号提供的位置信息完成红外干涉信号的等距离间隔采样。经过傅里叶变换最终将直接探测到的红外干涉信号解析为频域光谱信号，并通过对比背景光谱检出被放置于红外光束所经路径上的待测物的吸收光谱，从而得到待测物的组分信息。
[0003]FTIR对待测物的辨识度和检测精度直接取决于探测信号的信噪比。而由于FTIR中噪声的主要贡献来源探测器的热噪声是加性噪声，基本只与红外探测器本身性能相关，因此FTIR的信噪比主要由探测器接收到的有效干涉信号大小和探测器固有的噪声大小决定。然而，由于高灵敏度红外探测器(如MCT探测器)存在饱和电压限制，即探测器对入射光的响应电压只有在饱和电压以下才与入射光能量大小线性相关。为了使红外探测器工作在未饱和状态，各FTIR厂家通常还要在采用MCT探测器的光路中加装光强衰减片来限制入射光功率，一般建议MCT探测器测量样品的透过率(含光强衰减片)要小于20%。对于大气污染物监测等具有很高透过率的场合下，大量的光能无法被合理利用。
[0004]FTIR对待测物的辨识度和检测精度直接取决于探测信号的信噪比。而由于FTIR中噪声的主要贡献来源探测器的热噪声是加性噪声，基本只与红外探测器本身性能相关，详见 Griffiths, Peter R.and James A.de Haseth, Fourier Transform InfraredSpectroscopy, Wiley-1nterscience publicat1n, John Wiley&Son (1986),因此 FTIR 的信噪比主要由探测器接收到的有效干涉信号大小和探测器固有的噪声大小决定。然而，由于高灵敏度红外探测器(如MCT探测器)存在饱和电压限制，即探测器对入射光的响应电压只有在饱和电压以下才与入射光能量大小线性相关。为了使红外探测器工作在未饱和状态，各FTIR厂家通常还要在采用MCT探测器的光路中加装光强衰减片来限制入射光功率，一般建议MCT探测器测量样品的透过率(含光强衰减片)要小于20%。对于大气污染物监测等具有很高透过率的场合下，绝大部分的红外光能无法被合理利用。由于受到饱和电压的限制，FTIR本底光谱能量分布的不均衡程度将严重影响其在光谱上不同波数(频率)处的探测灵敏度。而现实中FTIR本底光谱的能量分布又极不均衡，图3展示了理想黑体在800K，1000K，1200K时的辐射亮度曲线，图中横坐标的高波数(wavenumber)对应高频率。FTIR本底光谱不但与光源温度有关，还与所使用探测器的响应率以及分束镜的透过率有关，但在绝大多数情况下，其本地光谱能量分布都表现为中部高两边低的波峰状，十分不均衡。图4为采用相同Global (Everglo) source光源，不同探测器(MCT，DTGS)、分束镜(XT-KBr, KBr, CaF2)时的 FTIR 本底光谱曲线的图例，引自 King, P.L.，Ramsey, M.S.，McMillan, P.F.and Swayze, G., Laboratory fourier transform infrared spectroscopymethods for geologic samples, in Infrared Spectroscopy in Geochemistry,Explorat1n, and Remote Sensing, Mineral.Assoc, of Canada, London, ON,33,57—91,2004.其中36000^1与1600c!]! — 1波数的吸收峰是由于水蒸气造成的。
[0005]FTIR本底光谱能量分布的不均衡会造成其在部分探测频段的灵敏度和信噪比很低。以图4中的能量分布曲线为例，FTIR的本底能量分布在中间频段分布高，可得到较高信噪比，而在两端频段分布低，获得的信噪比较低，因此对于特征谱线在两端的气体的检测灵敏度就较低。例如图5显示了 16种典型气体在红外波段的吸收光谱，引自LouiseC.Speitel.Fourier Transform Infrared Analysis of Combust1n Gases, Departmentof transportat1n Washington DC, 2001 ;其中 HCN, HF, C2H2, C2H4 等的检测灵敏度由于处在光谱两端低能量分布区域而较低，然而HCN与HF不但有很强的毒性，需要在较小浓度下即被探知，它们同时还是水溶性气体，由于在气体预处理的除水过程中会有部分损失，对它们的最低检出限要求更严苛。
[0006]为了尽量避免光谱本底能量分布较薄弱处的检测精度过低，现有的FTIR产品中广泛采用光源发射曲线与探测器响应曲线的相互匹配的方法，即尽量选取对特定的红外光源发射曲线具有互补响应曲线的探测器以减小其本底光谱的能量分布的差异，提高低能量分布处的能量，但目前能选出的较为匹配的体系仍难以得到很好的能量分布效果。有些国外高档FTIR还采用在一台FTIR中同时安装两个或更多个响应曲线不同的探测器的方法来在光谱不同频段处均获得较好的检测精度。其不同探测器间的切换由控制系统来实施，但光谱仪的造价会大幅提高。对于单探测器的通用型FTIR，本底光谱的不均衡性至今仍是一个有待解决的问题。
【发明内容】
[0007]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，对FTIR本底光谱上的能量分布通过有频率选择性的吸收消减来达到均衡本底光谱能量，可有效避免光谱本底能量分布较弱处的辨识度和检测精度过低缺陷，从而解决傅里叶红外光谱仪中本底光谱能量分配不均衡、部分频段信噪比过低不利于检测的问题。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0009]一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，对傅里叶红外光谱仪中使用的红外光源发出的光线的一部分进行有频率或波数选择性的拦阻吸收，消减红外光源光谱中能量分布集中频段的能量，以减小整个光谱能量分布曲线的不均衡程度；同时加大光通量，提高探测器上接收到的经过吸收消减后的本底光谱总能量，使其达到未进行消减时的总能量，最终在不使红外探测器出现过饱和的前提下，达到提高傅里叶红外光谱仪本底光谱中偏低信噪比频段的信噪比的效果。
[0010]可利用有频率或波数选择性的吸收片实现选择性拦阻吸收，经过吸收后，光线的光谱能量分布6 P) = Cl _ ) + q A P) + c.r G P)，其中为光谱频率或波数，6(0为光源发出的光线经过吸收均衡后的光谱能量分布，Hv)为光源发出光线本身的光谱能量分布，?(ν), GP)分别为两块有频率选择性的吸收片的透过率，其中一块为透高频吸收消减中、低频的吸收片一，另一块为透低频吸收消减中、高频的吸收片二，C；、c2、C3为常数，C1为原光线总能量中未受到吸收片一和吸收片二拦截光线的能量所占原光线总能量的比例，C2为入射在吸收片一的能量占原光线总能量的比例，C3为入射在吸收片二的能量占原光线总能量的比例。
[0011]选取吸收片一和吸收片二的透过率曲线，根据透过率曲线用仿真方法迭代逼近获得能量比例C2、c3的最优值，以尽可能改善F1(Pj)的均衡程度。
[0012]同时需要提高入射的光通量至未进行拦阻吸收时光通量的倍，此时通过消减后的光谱总能量重新提高到/7P)。
[0013]本发明也可通过拨叉滑块切换光路中是否放置吸收片，从而充分利用原本底光谱与吸收调制后的本底光谱达到较高的信噪比的方式。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015]1、本发明采用的是对红外光源发出的能量进行有频率选择性吸收的方法，通过在红外光源后到红外信号探测器之间的红外光路中插入对光谱能量偏高的频率能量进行选择性消减的吸收片，例如可以插在红外光源之后，如图6所示。使高信噪比频率处能量大幅降低，来达到改善傅里叶光谱仪本底光谱能量分布均衡度的效果。
[0016]2、在不易找到恰好吸收消减掉频率集中分布的频段光能的理想的单一材料的频率选择性吸收消减片的情况下，可以选用分别能主要消减掉包括能量分布集中频段及其以上频率的一片吸收片和能主要消减掉包括能量分布集中频段及其以下频率的一片吸收片，将这两片吸收片分开插入光路中，还须保留一定比例的光线不通过这两片吸收片，通过合理调整这三部分光线的比例，起到减少原来能量分布集中频段的光能所占比例，而提高原来能量分布稀少频段的光能所占的比例。
[0017]3、通过均衡傅里叶光谱仪本底光谱能量分布，避免了傅里叶光谱仪本底光谱能量分布严重不均衡，但经过吸收片消减后的光谱总能量会比未加吸收片前降低，这可以通过提高红外光源的发射功率或拆除原先人为安置的为避免探测器过饱和的衰减片，在不使红外探测器出现过饱和的前提下，提高原来能量偏低频段的能量分布，从而提高该部分频段的信噪比以及检测灵敏度。
[0018]综上所述，本发明结构简单，不改变原傅里叶红外光谱仪的基本结构，对已有傅里叶红外光谱仪的改进十分简便；只需采用大功率的红外光源或拆除原先人为安置的为避免探测器过饱和的衰减片，添加有频率针对性的吸收消减片来进行能量均衡化；还可以采用一种切换的方式，利用拨叉滑块可以在光路中切换是否插入吸收消减片，当光路中不包含吸收消减片时，此时的本底光谱保留光谱仪原来对中频段检测灵敏度高的功能，而在需要检测吸收光谱处于原检测灵敏度低的频段的气体时将吸收消减片切换进光路，从而大大提高原检测灵敏度低的频段的信噪比。吸收消减片和大功率红外光源制造成本远低于红外探测器的成本，采用吸收消减片来均衡本底光谱比采用多个红外探测器及其切换控制系统要廉价得多。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为傅里叶红外光谱仪(FTIR)的红外光源发出光线被吸收片部分拦截示意图。
[0020]图2为传统的傅里叶红外光谱仪(FTIR)光路示意图。
[0021 ] 图3为理想黑体辐射亮度曲线。
[0022]图4为不同探测器(MCT，DTGS)、分束镜(XT-KBr，KBr，CaF2)的傅里叶红外光谱仪本底光谱。
[0023]图5为16种典型气体在红外波段的吸收光谱。
[0024]图6为红外光源后插入光谱能量吸收消减片后的FTIR光路示意图。
[0025]图7为原DTGS XT-KBr本底光谱能量分布与拟合后的光谱本底能量分布函数F(v )o
[0026]图8为理想均衡化过程的透过率函数U(C)。
[0027]图9为Imm厚S12玻璃片覆盖0%，50%，100%总光强后光谱仪的本底光谱。
[0028]图10为Imm厚S12玻璃片透过率曲线。
[0029]图11为Cl = 0.71的均衡后的光谱图。
[0030]图12为^^!!!厚度的取卜別七涂层在乂 = 0.1,0.15，0.2时的透过率曲线。
[0031]图13为经过此Hgl_xCdxTe均衡化后的光谱分布曲线，其中x = 0.1。
[0032]图14 为均衡后的能量分布曲线，C1 = 0.18，C2 = 0.43，C3 = 0.39，x = 0.1，P dis=3.53/6.86 = 51.5%0
[0033]图15为光源能量提高4.25倍后的结果。
[0034]图16，(I)实线:原本底光谱，(2)虚线:经过吸收消减片的本底光谱。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0036]本发明为一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，在红外光源后到红外信号探测器之间的红外光路中插入对光谱能量偏高的频率能量进行选择性消减的吸收片，例如可以插在红外光源之后，如图1和图6所示。使高信噪比频率处能量大幅降低，从而达到提高本底光谱能量分布均衡度的目的。在光谱能量分布较均衡后，可以通过提高红外光源的发射功率或拆除原先人为安置的为避免探测器过饱和的衰减片，从而提高本底光谱总能量至接近消减前的总能量，在不使红外探测器出现过饱和的前提下，达到提高傅里叶红外光谱仪本底光谱中偏低信噪比频段的信噪比，同时兼顾其他频段仍能达到必需的信噪比的效果。此方法的另外一种应用方式是采用拨叉来拨动吸收片，以切换吸收片插入或退出光线通道。当吸收片不插入光路时，光谱仪可获得原先的中间频段能量较高的本底光谱，而切换成吸收片插入光路时可获得两边频段能量较高的新本底光谱。综合两个本底光谱可获得更好探测效果。
[0037]上述两种应用方式的具体过程和方法如下:
[0038]实施方式I
[0039]1、光强消减法的透过率函数确定
[0040]不同公司不同型号的FTIR由于其光源、探测器、分光镜性能的不同，其本底光谱分布并不一定相同，本发明以图4中的FTIR本底光谱为例来解释对其本底光谱进行均衡化的方法，此方法对于类似于图4中的中红外范围内的具有中间部分能量分布高两端部分能量分布低的这种最普遍的FTIR本底光谱具有普适性。
[0041]如图6所示，基本结构仍采用FTIR检测光路，所不同的是，在红外光源2的发射路线上设置有吸收片一 13和吸收片二 14，其中，吸收片一 13透高频吸收消减中、低频，吸收片二14透低频吸收消减中、高频。如图1所示，红外光源2发出的光线被吸收片一 13和吸收片二 14进行选择性拦阻吸收。
[0042]由于此FTIR本底光谱在波数为500CHT1以下能量分布过低，本发明对此本底光谱的均衡化也集中于使4000CHT1至500cm—1范围内的光谱均衡化。500cm^-400cm^范围内能量分布在均衡后虽然也将比均衡前大幅提高，但不能期望提高到与其他处相近的能量分布强度。为了便于计算，将图4中的DTGS XT-KBi■本底光谱的能量分布进行了数值拟合，拟合中剔除了水蒸气、二氧化碳等的吸收峰，拟合后的曲线函数为F’(f)，如图7所示，其中F为波数。本底光谱能量位于δΟΟοπΓ1与^OOcnT1处的大小分别为8与8.5，位于最高点ΙδΟΟοπΓ1的大小为38。图中的光谱能量大小为相对值。
[0043]对本底光谱来讲，一个均衡化过程，可等价为一个均衡化透过率函数U(P)。原本底光谱分布函数乘以透过率函数后成为均衡后的本底光谱分布。
[0044]F(v)xU(v) = FmJv)(2)
[0045]对于理想均衡化，即均衡后400CHT1至4000CHT1各处能量完全相同。若均衡化后保持原本底光谱在4000cm-1处的能量不变，即在4000cm-1处CZ(F)为1，将图7中的光谱本底分布F(F)代入⑵后可得理想的均衡化过程的透过率函数C/(1，见图8。
[0046]本发明所介绍的光强频率选择性消减法就是要构造出尽量接近于此透过率函数U(v7)的光强消减过程。但现实中，至少目前还没有能实现理想均衡化的吸收消减片，只能尽量在已有的材料中筛选或研制比较接近的吸收片，最终构造出的透过率函数U1(F)会与理想U (P)有差别。
[0047]2、加入具有低波数光强消减吸收片后的本底光谱能量分布
[0048]市场上的光学玻璃的吸收特性大部分都是透过穿透力强的高波数(高频)光，吸收穿透力弱的低波数(低频)光。为了尽量改善调制之后的本底光谱均衡度，对于低波数吸收材料，需要采用透过率曲线高波数段比较接近于图8中理想透过率曲线希望提升的高波数段，而其陡降段能够消减吸收原本底光谱峰值波段的材料。
[0049]本例通过试验选出一片1_厚的S12玻璃片置于紧邻红外光源处的光路中，测试了红外光谱仪(FTRX Monolith 200EM)本底光谱在受到S12玻璃片拦截吸收后的变化。
[0050]图9中曲线为S12玻璃片分别拦截了100%光能后的光谱能量分布曲线，图10为本实验测出的Imm厚S12玻璃片的透过率曲线。透过率曲线是由当光源完全经过S12玻璃片后的光谱能量分布曲线除以原本底光谱曲线得到的。
[0051]从图9中S12片拦截50%光能的曲线可以看出，由于50%的光受到了吸收的影响，新本底光谱在波数lOOOcm—1到3000cm-1段相对于无覆盖的曲线具有较好的均衡性。
[0052]应用此透过率曲线对图7中本底光谱进行调制，调制后的本底光谱能量分布为
[0053]F1 (V) = (1- C1).F {V) + C1.F(V).Tui: (v)( 3)
[0054]其中C1为S12玻璃片拦截到的光束能量所占总能量的比重，因此1-C1即为未被拦截的光束能量所占总能量的比重。调制的理想情况是使调制之后的本底光谱(4000^-500^1)的均衡度尽量的好，在此显示一个C1 = 0.71的均衡后的光谱图，波数4000(^-1500(^1段中最大谱值Imax= 11.1，最小谱值Imin = 6.53，最小与最大谱值比Pdis== 0.606。这比原本底光谱F(P)在 4000cm_1-1500cm_1 段中的 P dis = 8.5/38 =0.224有了大幅提
[0055]由于吸收调制的存在，新本底光谱在波数lOOOcnT1到3000CHT1段相对于原光谱曲线具有较好的均衡性。然而，此方法虽然使新本底光谱分布在高波数段的能量相比旧光谱分布有所提高，但本底光谱上原本就十分微弱的低波数段〈lOOOcm—1段的能量却进一步下降了。因此，光靠一个低波数消减吸收片的吸收只能提高本底光谱能量分布较弱的高波数段的能量相对于总能量所占比例，为了对本底光谱进行较为理想的均衡化，还需要一个高波数消减吸收片来提高本底光谱能量分布也较弱的低波数段的能量所占比例。
[0056]3、高波数光强消减吸收片的设计:带隙吸收
[0057]由于不同型号的FTIR的本底光谱(因为使用不同光源、探测器和分束镜)其最高点位置并不固定，一般在ΠΟΟοπ^ΙδΟΟοπΓ1之间，见图4。对于上节所讲的低波数消减吸收可以从光学玻璃库中选取适当透过率曲线的光学玻璃来进行调控，而对于高波数消减吸收的一端则需要依需求设计调整的透过率曲线，本发明采用HghCdxTe带隙吸收的方法来实现此机制。
[0058]带(能)隙是指半导体或是绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距。具有带隙的材料对光谱的吸收集中于光子能量高于带隙的频率。
[0059]对于Hgl_xCdxTe材料而言，其CdTe组分是金属，而HgTe组分是半导体。根据所含HgTe与CdTe的比例x的不同，Hg1^xCdxTe的带隙宽度可从OeV到约1.5eV的范围中任意调节° G.L.Hansen, J.L.Schmit, and Τ.N.Casselman,在 Energy gap versus alloycomposit1n and temperature in Hg1^CdxTe, J.Appl.Phys.53 (10) 1982，7099-7101 中给出的经验公式如下:
[0060]Eg (t, x) = -0.302+1.93x+(5.35.1(Γ4) (1_2χ)-0.31χ2+0.832χ3 (4)
[0061]其中带隙宽度匕同时是组分比例X与环境温度t的函数。由于光子能量 = In V，波长和光子所具有的能量之间的转换关系为
[0062]λρ=1.24/Ε8 (5)
[0063]HghCdxTe对入射光的吸收在高频端的截止频率可近似为，
[0064]λ p = (-0.244+1.556χ+ (4.31.1(Γ4) (1_2χ) t_0.65χ2+0.671χ3) (6)
[0065]对光子能量为= he V的光在Hgl_xCdxTe涂层中的透过率的计算在V.Gopal，R.Ashokan and V.Dhar, Composit1nal Characterizat1n of HgCdTe Epilayers byInfrared Transmiss1n, Infrared Phys, Vol.33, N0.1，(1992) 39-45 有详解，根据其中的Hgl_xCdxTe透过率计算公式计算的在CdTe基底上的10 μ m厚度的Hgl_xCdxTe涂层在χ = 0.1，0.15，0.2时，300Κ温度下(连基底)的透过率曲线如图12所示:
[0066]最终希望达到的均衡化透过率曲线U(F)是两个透过率曲线(1)5叫片(2)HghCdxTe和⑶无吸收的曲线的带权重的线性组合。其中S12片的透过率曲线主要与高波数有关，而HghCdxTe的透过率曲线主要与低波数有关。因此应使Hgl_xCdxTe的透过率曲线尽量与图8中理想的均衡化透过率曲线U(P)中低波数段相一致。本发明所采用的Hg1^xCdxTe的透过率曲线为10 μ m厚的曲线。单经过此Hgl_xCdxTe均衡化后(不经过S12片均衡化)的光谱能量分布曲线如图13所示:
[0067]4、插入两种光强消减吸收片后的总体效果
[0068]采用S12与HghCdxTe吸收调制后的光谱的能量分布曲线可以写成
[0069]
^1(V) = C1- F(v) + C2-F(V)-Tsi02 (V) + C3.F(i7) ■ Til^cdje (v, x)( 7 )
[0070]其中C1, C2, C3分别为原光束中能量无吸收、被S12片吸收和被HghCdxTe片吸收的部分的比重，CJCfC3 = 1,0<C1； C2, C3〈l。调制后的结果的数值模拟曲线如图14所示:
[0071]将输入光能量提高4.25倍使均衡化后的本底光谱总能量为原先总能量时(忽略波数高于4000cm-1的能量的影响)如图15所示。结果显示，此本底光谱的能量分布比由均衡前的21.25%提高到均衡后的51.47%。在有HCN吸收峰的低波数段的提高为63.8% -66.9%，在有HF吸收峰的高波数段(3500-4000(^1)的提高为35.9% -132%。
[0072]实施方式2
[0073]通过拨叉滑块切换光路中是否放置吸收片，从而充分利用原本底光谱与吸收调制后的本底光谱达到较高的信噪比的方式。
[0074]上述实施方式I的仿真结果如图15所示，虽然低频段、高频段的能量分布得到了大幅提高，但此提高是以原先能量分布较高的中间频段的能量下降为代价的。为避免此能量下降，可以采取在光源后利用拨叉滑块切换光路中是否插入吸收片，当切换到未带吸收片的工况时，探测原本底光谱，以保持得到中间频段的高信噪比；再切换到带有吸收片的状态，用吸收片来产生只在低频段和高频段有能量分布的本底光谱，以此来达到低频段和高频段的高信噪比。实施方式2的基本原理与实施方式I相同，但吸收调制追求的目标不是全频段的均衡化，而是只在高频段与低频段有高信噪比。例如采用本发明中的Imm厚S12玻璃片和CdTe基底上的1ym HgCdTe涂层的透过率曲线来达到此目标时，其仿真结果如图16所示，其中实线为切换到通孔时的本底光谱，虚线为切换到有吸收片后的本底光谱。此两光谱曲线在全频段的总能量相等。采用此方法后，在低波数段(SOOcm-1-eOOcnT1)的光能密度提高为 149% -154%，在高波数段(320001^-4000011-1)提高为 41% -98%。
[0075]本发明不局限于上述【具体实施方式】，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【权利要求】
1.一种提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，其特征在于，对傅里叶红外光谱仪中使用的红外光源发出的光线的一部分进行有频率或波数选择性的拦阻吸收，消减红外光源光谱中能量分布集中频段的能量，以减小整个光谱能量分布曲线的不均衡程度；同时加大光通量，提高探测器上接收到的经过吸收消减后的本底光谱总能量，使其达到未进行消减时的总能量，最终在不使红外探测器出现过饱和的前提下，达到提高傅里叶红外光谱仪本底光谱中偏低信噪比频段的信噪比的效果。
2.根据权利要求1所述提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，其特征在于，利用有频率或波数选择性的吸收片实现选择性拦阻吸收，经过吸收后，光线的光谱能量分布f =其中P为光谱频率或波数，匕P)为光源发出的光线经过吸收均衡后的光谱能量分布，f P)为光源发出光线本身的光谱能量分布，^1(V).Γ2Ρ)分别为两块有频率选择性的吸收片的透过率，其中一块为透高频吸收消减中、低频的吸收片一，另一块为透低频吸收消减中、高频的吸收片二，CpCyC3为常数，C1为原光线总能量中未受到吸收片一和吸收片二拦截光线的能量所占原光线总能量的比例，C2为入射在吸收片一的能量占原光线总能量的比例，C3为入射在吸收片二的能量占原光线总能量的比例。
3.根据权利要求2所述提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，其特征在于，选取吸收片一和吸收片二的透过率曲线，根据透过率曲线用仿真方法迭代逼近获得能量比例C2、C3的最优值，以尽可能改善AP)的均衡程度。
4.根据权利要求3所述提高傅里叶红外光谱仪偏低信噪比频段信噪比的方法，其特征在于，提高入射的光通量至未进行拦阻吸收时光通量的f倍，此时通过消减后的光谱总能量重新提高到f (V)。
【文档编号】G01N21/15GK104198424SQ201410437543
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】王昕 , 李岩, 尉昊赟 申请人:清华大学