NLIR 2.0–5.0μm 中红外光谱仪（S2050-400/S2050-130k）

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‍‍

S2050系列光谱仪

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

*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。

镀膜测试结果

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‍‍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。

‍‍80 kHz中红外光谱测试结果

kHz速率‍‍match‍‍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。‍‍

此图来自Opt. Lett. 46, p. 4558 (2021)由Niels M. Israelsen等人发表的论文“High-resolution mid-infrared optical coherence tomography with kHz line rate,”

‍‍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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