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研究背景：

小型傅里叶变换 (FT) 光谱仪正在迅速改变红外光谱化学分析技术光纤光谱仪的原理，使几年前还无法想象的原位和遥感应用成为可能。 然而，迄今为止报道的大多数设备都依赖于先进的光子集成技术或微机电系统 (MEMS)，这使得此类微型光谱仪的制造变得困难且昂贵。 因此，我们一直在思考是否可以使用一些更简单的方法来产生速度可控的光程差，例如一些非受迫机制的物理特性。

研究内容

G. Gagliardi 的小组通过在单模光纤的尖端放置液滴实现了宽带自操作傅里叶变换光谱仪。 其基本原理是利用通过光纤射向液滴的光在光纤-液体和液体-空气界面处经历两次部分反射（见图1b），因为两个界面之间存在逐渐减小的距离差（液滴 液滴的厚度随着蒸发而减小），这使得在两个界面上反射的光具有以一定速度减小的光程差光纤光谱仪的原理，从而使两束光在光纤中耦合并产生清晰可检测的干涉图案。 在液滴蒸发过程中，我们可以观察到干涉图中的条纹数在不断变化。 因此，在测量液滴的蒸发速度后，我们可以通过傅里叶变换反提取干涉图中包含的光谱信息。 因此，在某种程度上，所描述的系统类似于 FT 光谱仪中使用的扫描干涉仪。

图 1 实验设置。 a 光纤液滴光谱仪设计方案； b 光纤连接器插芯上厚度为L的液滴实物照片（为便于观察，此处使用的液体为水）。 在两个液滴的边界反射的辐射用红色箭头表示。 c 在光谱仪输入端使用超连续谱辐射源获得的异丙醇液滴沉积和蒸发后，分别来自检测器 det1 和 det2 的信号。

研究成果

为了验证我们的微型傅立叶变换光谱仪可以用于光谱检测和重建，我们使用商用光谱仪（OSA，型号ANDO AQ6317B）和我们开发的光谱仪检测相同的光源并进行比较（黑色虚线在图 2b) 中。 为了更好地理解液滴光纤光谱仪重现光源中存在的所有光谱特征的能力，两个数据集通过其信号的最大值进行了归一化。

图2a是对图1c中的原始信号进行方程处理后得到的干涉图中的信息。 为方便展示，x尺度跨度限制在0.02cm； 连续源的光谱； 黑色虚线是使用商用光谱仪（分辨率 8.5 cm-1）测量的相同光谱。 两个光谱的高度重合证明，液滴光纤光谱仪是此处考虑的波长范围内的有效光谱分析仪，分辨率达到 11 cm-1。

图2 同一光源光谱分析对比图

在图 3 中，我们显示了乙炔吸收量的定量检测结果。 对于这些测量，非相干辐射源（由半导体光放大器产生的自发辐射）被送入配备入口、出口和压力表的 15 厘米长的乙炔气室中。 使用液滴光谱仪和 OSA 分析了单元电池中不同压力下乙炔的吸收光谱。 图3a为液滴光纤光谱仪测得的钟形曲线，不同压力下测得的乙炔特征吸收峰不同。 在图 3b 中，通过归一化源辐射光谱来检查乙炔吸收光谱。 在同一图中，使用商业光谱分析仪（分辨率稍高）获得的吸光度曲线绘制为虚线。 图 3b 的插图中还显示了更定量的比较。 使用离线归一化正确再现乙炔吸收光谱的能力如图 3b 的插图部分所示，证明了使用不同液滴获得的光谱的一致性。

图3 乙炔的吸收光谱

研究创新

1、本文设计的傅里叶变换光谱仪结构非常简单，只需要一根光纤和一滴液体。 与其他新型傅里叶变换光谱仪相比，不需要机械移动部件，从而使光谱仪的成本几乎为零。

2. 为进一步提高光谱分辨率，缩短光谱分析时间，可以通过改变液滴材质或控制液滴蒸发速率来实现。

3. 使用不同的液滴检测相同的光谱信息，得到的光谱高度一致，证明了系统的稳定性。

总结：

作者研究的微型傅里叶变换光谱仪提供了一种通过非受迫机制实现迈克尔逊干涉仪功能的途径，并通过实验证明简单的液滴可以准确分析超连续谱辐射源的复杂光谱。 此外，本文展示的利用蒸发或毛细管力为傅里叶变换光谱仪提供机械驱动的概念可以转化为一整类光流控分析仪，从而达到进一步降低此类光谱仪成本的目的。

文献链接：

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