NLIR中红外光谱仪2-5 μm

NLIR（非线性红外传感器）公司是由丹麦技术大学(DTU Fotonik)光子学工程系的3名研究人员和NLIR的首席执行官创立的一家初创公司，隶属于Nynomic集团。

该公司基于新颖的上转换专利技术，开发了中红外光谱仪、单波长探测器和光源等一系列产品。相较于传统的红外光谱仪，NLIR公司的同类产品具有快几个数量级的光谱扫描速度和更高的灵敏度。

上转换技术的核心是可将中红外光转换为近可见光的非线性晶体。这使得可以使用快速高效的硅基传感器来检测中红外（MIR）光。非线性中红外光谱仪的实现代表了一种革命性的新测量范式。该公司被命名为非线性红外传感器(NLIR)，以突出与当今领先的傅里叶变换红外光谱(FTIR)的MIR光谱方法的技术差异。

NLIR公司开发的产品可广泛应用于中红外光谱领域，如光谱测量、光学镀膜、激光系统诊断、光纤光谱探针（样品检测）、实时工业过程监控、颜色识别、快速事件光谱分析、弱光光谱测试、自由空间光通信等。

NLIR中红外光谱仪采用了一种新颖的测量结构。该结构基于上转换技术，可以将中红外光转为近可见光。近可见光硅基探测器在探测能力、速度、噪声等方面的性能都远优于中红外探测器。
基于上述原因，利用NLIR公司的上转换技术进行中红外范围的光谱探测，相比传统的中红外探测器直接探测，具有显而易见的优势和广阔的应用前景。

NLIR光谱仪现有三个版本：S2050-400具有最高的灵敏度，400Hz全频段读出速率；S2050-1k具有更快的探测速度和更高的分辨率，但灵敏度稍低；S2050-130k有最佳的分辨率和最高的读出速率。所有版本都有可兼容不同应用的即插即用的GUI界面。此外,也有可适配MATLAB、Python、C(DLLs)的API界面。
 
产品特点
-高达 130 kHz 的全频谱读出速率
-灵敏度为 -80 dBm/nm。
-2.0 – 5.0 μm 带宽
-光纤耦合输入
-2048像素分辨率低至2.5 cm^-1
-即插即用  
 
应用领域
-光学镀膜
-光学相干断层扫描
-中红外光谱
-光源表征
-气体、固体、液体非侵入式表征
 
 
产品参数
 

型号	S2050-400	S2050-1k*	S2050-130k*
探测光谱范围（μm）	2-5
分辨率（cm-1）	6	3	2.5
曝光时间（1）（μs）	10.8-1×106	9-1×106	1.3-654
最大读出速率（Hz）	400	1.4k	130k
位数	16		12
灵敏度（counts/(ms mW)）	130×103	8×103	1.6×103
暗噪声标准差（2）（counts）	11	60	1
100 ms内最小探测功率(pW/nm)	5	75	25
输入接口类型（3）	SMA905光纤连接头
偏振方向	垂直
最大操作温度（℃）	30
尺寸（高×长×宽）（mm3）	100×306×200
重量（4）（kg）	5

*光谱仪是由光纤连接的两台捆绑设备
 
（1）S2050-130k要获取更长的有效曝光时间可通过堆叠光谱数据实现
（2）最小曝光时间情况下
（3）光纤接口可以移除用于自由空间光应用
（4）捆绑设备：增加二级设备重量（大约2kg）
 
 
应用实例
 
光学镀膜测量
30W的全反射光源（Globar）被用于镀膜窗口的透射测试光源：3.7-4.5 μm的Ge带通滤波器（BPF）和一片镀有在1064 nm具有高反射率、在2.1-4.5 μm具有高透射率的钇铝石榴石晶体（YAG）镜。S2050-400光谱仪曝光时间设置成20 ms，捕获单张图片，连续采样，不设置平均次数和曲线平滑。
这种测量被用于镀膜质量控制甚至生产监测过程。  
80 kHz中红外光谱
波长在3329 nm的中红外激光器驱动电流在1kHz频率下进行调幅。使用NLIR 2.0-5.0 μm的超快80 kHz版本光谱仪测量激光光谱，时间分辨率为12.5 μs。当驱动电流被调制时，激光器的振幅和中心频率发生改变，这些特性变化在测试图中清晰可见。
测试由汉堡应用技术大学（HAW Hamburg）信息与电子工程学院的Marc-Simon Bahr完成。  
kHz速率光学相干断层扫描
光学相干断层扫描是近红外领域众所周知的深度成像技术。由于有众多的优势，NLIR上转换技术用来识别kHz线速率光谱，从而动态监控中红外光学相干断层扫描过程。  
工业和研究领域的开发人员都使用中红外 （MIR） 光谱仪对气体、液体和固体进行非侵入性表征以及光源表征。NLIR 2.0 – 5.0 μm 光谱仪 （S2050-400/S2050-130k） 基于一种新颖的测量方案，可将 MIR 光上转换为近可见光。硅基近可见光探测器在检测速度、速度和噪声方面远远优于 MIR 光探测器。因此，NLIR上变频技术为MIR制度带来了这些吸引人的特性和随之而来的优势。
 

光谱仪测量示例

40 kHz 单脉冲测量

以 80 kHz 的读出率测量来自带宽为 3.0 μm – 4.2 μm 且重复频率为 40 kHz 的 2 ns 脉冲的超连续光源的单脉冲。在图中，（a）显示了12 ms数据采集的原始数据，（b）显示了从40 kHz重复速率和80 kHz采样中预期的所有其他读数为空的缩放，（c）显示了10个原始连续光谱。到目前为止，光谱的波动主要由来自光源的噪声主导。

基于该测量结果，S2050-130k光谱仪能够表征红外激光器的快速调制和其他动态事件。

 

塑料传动 

在50 μm聚苯乙烯（PS）薄膜和800 μm聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜的透射测量中，30 W球形光源是中红外光源。S2050-400 光谱仪设置为 20 ms 曝光时间，仅捕获单张照片。随后未对数据应用平均或平滑处理。

在塑料识别或厚度分析的背景下，计算机算法当然可以容忍更短的曝光时间，从而更快地采集。

 

光纤反射探头

光纤反射探头是一种具有光纤耦合输入和输出的单反弹衰减全反射 （ATR） 晶体。在该测量中，inpur 光纤接收来自 30 W 球形的光，输出光纤将来自探头的光传递到 S2050-400 光谱仪。通过首先在空气中使用ATR探针进行参考，随后将探针分别插入水，丙烷-2-醇和葵花籽油中，产生这些吸收图。

测量结果在100毫秒的曝光时间内进行单次拍摄，随后使用4像素宽的高斯滤波器对数据进行平滑处理。

 

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