一种有机分子透射谱的测量方法与流程

本技术涉及有机分子探测，特别是涉及一种有机分子透射谱的测量方法。

背景技术：

1、组成有机物的分子通常被称为有机分子，有机分子(organic molecule)是一种含碳元素的化合物(除碳的氧化物、碳酸、碳酸盐、氰、氰化物、氧氰、氰酸盐、硫氰、金属碳化物等以外)。在对有机分子的研究中，需要确定有机分子的透射率，对有机分子的透射率的测量通常可以采用透射光谱法实现。

2、目前透射光谱法通常利用由普通光谱仪、光源、测量支架、标准参比样品(例如，白板)和测量软件等构成的测量系统对有机分子的透射率进行测量。具体地，可以通过将有机分子放置于标准参比样品上，将标准参比样品固定于测量支架上，并用光谱仪连接于标准参比样品上，利用光源对有机分子进行照射，从而形成参考光谱，然后通过光谱仪测量参考光谱各波段的强度，并将各波段的强度传输至测量软件，由测量软件计算有机分子的透射率。

3、在使用普通光谱仪或者其他探测手段在计算有机分子的透射率时，需要采用价值昂贵的相关器件作为红外光源，因此，热辐射器件作为廉价高效的红外光源已被提出和研究。

4、然而，由于目前用于红外光源的热辐射器件的工作波长覆盖范围较小且较为固定。例如，塔姆等离激元和一维光子晶体的多层膜结构以及超构表面热辐射器件，因此，急需一种能够实现对有机分子的多波段透射谱测量的快速高效且成本较低的方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够实现对有机分子多波段透射谱测量的快速高效且成本较低的有机分子透射谱的测量方法。

2、本技术提供一种有机分子透射谱的测量方法，该方法包括：

3、在红外波段中选定测量波段，根据测量波段确定热辐射光源；

4、利用所述热辐射光源照射其正上方的红外透明窗片，再通过热像仪探测器探测其正下方的所述红外透明窗片，获取参考热像图；

5、再利用所述热辐射光源照射其正上方涂抹有待测有机分子的红外透明窗片，再通过热像仪探测器探测其正下方的所述涂抹有待测有机分子的红外透明窗片，获取有机分子热像图；

6、根据所述参考热像图和所述有机分子热像图，确定所述待测有机分子在所述测量波段内的透射谱。

7、在其中一个实施例中，所述热辐射光源包括第一腔壁层、间隔层和第二腔壁层；所述第一腔壁层位于所述间隔层的上方，所述第二腔壁层位于所述间隔层的下方，所述第一腔壁层上包括多个微孔区域，每个所述微孔区域包括多个微孔，不同的微孔区域中的微孔的尺寸不同；不同的微孔区域分别提供不同波长的辐射光，且不同微孔区域提供的辐射光波长均位于测量波段内。

8、在其中一个实施例中，所述根据所述参考热像图和所述有机分子热像图，确定所述待测有机分子的透射谱，包括：

9、第一辐射温度和第一辐射能量成正比，第一热辐射能量的计算公式为：

10、其中，j为各微孔区域的编号，λaj为第j个微孔区域对应的热辐射峰半高宽波长范围的下限，λbj为第j个微孔区域对应的热辐射峰半高宽波长范围的上限，λ为第j个微孔区域对应的热辐射峰半高宽波长范围内的波长，t为加热温度，mbb(λ,t)为基于波长和加热温度确定的黑体辐射谱，εj为各微孔区域的辐射谱，pbj为第一热辐射能量。

11、第二辐射温度和第二辐射能量成正比，第二热辐射能量的计算公式为：

12、其中，j为各微孔区域的编号，这里假设在第j个微孔区域的辐射峰的半高宽波长区域内，有机分子的透射率随波长无变化，为等效透射率t_effectj。λ1j为第j个微孔区域对应的热辐射峰半高宽波长范围的下限，λ2j为第j个微孔区域对应的热辐射峰半高宽波长范围的上限，λ为第j个微孔区域对应的热辐射峰半高宽波长范围内的波长，t为加热温度，mbb(λ,t)为基于波长和加热温度确定的黑体辐射谱，pb′j为第二热辐射能量，εj为各微孔区域的辐射谱。第二热辐射能量的计算公式除以第一热辐射能量的计算公式，即可得到那么，获取所述参考热像图中各个微孔区域对应的第一辐射温度，以及所述有机分子热像图中各个微孔区域对应的第二辐射温度，即可根据二者的比值直接得到各所述微孔区域分别对应的等效透射率，也即确定有机分子在各所述微孔区域对应波长下的等效透射率；进而确定所述待测有机分子在测量波段内的透射谱。其中，所述第一辐射温度和所述第二辐射温度均为去除背景辐射温度后的辐射温度。

13、在其中一个实施例中，所述根据测量波段确定热辐射光源包括：

14、在红外波段中选取所述测量波段，确定热辐射光源的基础工作波长；

15、其中，所述基础工作波长为所述热辐射光源非微孔区域的共振波长，所述基础工作波长小于等于所述测量波段的最小值；所述第一腔壁层和第二腔壁层的材质为金、银、铝、铜中的一种或多种；所述间隔层的材质为硅、锗、氧化物、氮化物中的一种或多种。

16、所述根据测量波段确定热辐射光源还包括：

17、根据所述基础工作波长，所述热辐射光源非微孔区域在基础工作波长处满足相位积累，也即非微孔区域的第一腔壁层和第二腔壁层的反射相位以及间隔层内部的传播相位之和应满足：

18、

19、其中，所述为非微孔区域所述第一腔壁层的反射相位，所述为所述第二腔壁层的反射相位，所述为光在间隔层内部的传播相位；

20、所述其中，θ为光的入射角，所述光在垂直入射情况下θ＝00；θ′＝sin-1(sinθ/n)，为波矢，n和d分别为间隔层的折射率和厚度，λ为所述基础工作波长；计算得到所述间隔层的厚度d。

21、所述根据测量波段确定热辐射光源还包括：

22、确定每个微孔区域中微孔的尺寸、微孔间的间距的方式有两种，一种是通过各个微孔区域满足相位积累的关系：

23、

24、其中，所述为所述第二腔壁层的反射相位，所述为各所述微孔区域对应的反射系数的相位，所述为光在间隔层内部的传播相位，所述其中，θ为光的入射角，所述光在垂直入射情况下θ＝00；θ′＝sin-1(sinθ/n)，为波矢，n和d分别为间隔层的折射率和厚度；

25、不同波长的辐射光在不同尺寸参数的微孔区域的相位不同，因此，可以确定在测量波段，微孔区域尺寸参数与微孔区域辐射光的相位的关系；当满足相位积累关系，即可得到需求的微孔区域尺寸参数，且满足相位积累关系时对应的辐射光波长即为该尺寸参数下的微孔区域对应的特定波长λj(d＝1,2,3...)。

26、另一种方式是通过辐射谱来确定，热辐射光源各个微孔区域的透射率为0时，则热辐射光源第j个微孔区域辐射率满足：

27、

28、其中，所述εj表示热辐射光源第d个微孔区域的辐射率，ad表示热辐射光源第d个微孔区域的吸收率，rd表示热辐射光源第d个微孔区域的反射率，所述r12为热辐射光源第j个微孔区域处第一腔壁层与空气之间的界面反射系数，r21为热辐射光源第j个微孔区域处第一腔壁层与间隔层之间的界面反射系数，r23为所述第二腔壁层与间隔层之间的界面反射系数，t12为与r12对应的透射系数，t21为与r21对应的透射系数；

29、不同波长的辐射光在不同尺寸参数的微孔区域的透反射系数均不同，那么不同尺寸参数的微孔区域，其对应的辐射谱也不同，那么，根据上述辐射率的公式可以确定微孔区域尺寸参数和辐射谱的关系，那么只要微孔区域的辐射谱的一个辐射峰对应的辐射光波长(也即微孔区域对应的特定波长λj(j＝1,2,3...))在测量波段，这个辐射谱对应的微孔区域尺寸参数即为所求。

30、本技术提供的有机分子透射谱的测量方法，在利用热辐射光源照射红外透明窗片的过程中，热像仪探测器通过探测红外透明窗片，得到的参考热像图。再利用热辐射光源照射涂抹有待测有机分子的红外透明窗片的过程中，热像仪探测器通过探测涂抹有待测有机分子的红外透明窗片，得到的有机分子热像图。进而，根据参考热像图和有机分子热像图，确定待测有机分子的透射谱。由于热辐射光源为提供测量波段内不同波长的辐射光，进而能够基于未涂抹待测有机分子的参考热像图与涂抹了待测有机分子的有机分子热像图之间的热辐射差异，确定出待测有机分子在不同波长辐射光下的透射谱。