ARCoptix ARCLIGHT紅外光源實際應用案例
ARCoptix是瑞士光學光譜領域的專業企業，成立于2006年。ARCoptix專注于傅里葉變換紅外（FT-IR）光譜技術，該技術可廣泛應用于近紅外和中紅外電磁波段的多種應用場景。憑借全球數百臺設備十余年的穩定運行經驗，ARCoptix的研發團隊在臺式FT-IR光譜儀及原始設備制造商（OEM）FT-IR光譜儀的生產與認證領域積累了深厚的專業積淀。
輸出功率譜密度
基于相同溫度下完美黑體的輻射，對ARCLIGHT-NIR和ARCLIGHT-MIR真實輸出功率的近似模擬。
應用案例
１、藥物流動合成中溶劑濃度和水分含量的定量監測
在藥物合成方法中，流動合成可以通過執行液相色譜或光譜直接在通道內進行測量，相比批量合成其分析時間得以顯著減少。典型的有機溶劑分析不吸收紫外光或可見光，進行檢測和定量變得困難。且對于高濃度分析物，紅外光譜的吸收會飽和。另一方面拉曼光譜需要激發激光照射在測量點，這限制了測量區域。本文探索了一種利用近紅外光譜監測溶劑濃度的方法，并開發了一種適用于流動合成中實時測量的緊湊型透射測量池。
該研究采用ARCoptix的ARLIGHT-NIR鹵素燈和FTNIR-L1-025-2TE傅里葉近紅外光譜儀進行藥物合成中近紅外光譜測量。
(A)通過PLSR（實線）和理論濃度（虛線）預測溶劑濃度；(B)含水率預測結果(黑色)，含水率變化擬合線(紅色)，預測值與擬合線的差值(灰色)
在該研究結果中預測水分含量的標準偏差約為10 ppm。這表明在流動合成過程中甚至可以檢測到水分含量的輕微波動，證明了該方法用于監測合成過程的有效性。
而該研究中所用ARCLIGHT-NIR鹵素燈覆蓋了400–4000 nm的光譜范圍。這項研究涉及溶劑濃度和水分的測定，這些物質的分子鍵（如O-H、C-H等）在近紅外區域有特征吸收峰。寬光譜光源確保了能夠同時激發這些不同的吸收特征，為同時預測多種成分提供了基礎。ARCLIGHT-NIR采用高品質鹵素燈泡，其光強輸出非常穩定。這種穩定性對于確保長期測量中光譜數據的重現性和可靠性至關重要，是建立穩健的PLSR預測模型并獲得低誤差預測結果的關鍵因素之一。
2、用于高速傅里葉變換的大行程壓電微機系統
傅里葉變換紅外光譜儀的光譜分辨率直接依賴于鏡子的行程。傳統壓電MEMS鏡被認為行程有限，難以同時實現大行程（>250μm）和高共振頻率（>3.5 kHz），而這是實現高速、高分辨率光譜分析的關鍵。而其中鏡面的形變與傾斜控制會嚴重影響信噪比和光譜分辨率，所以需要設計一種既能提供大驅動力，又能實現多通道獨立控制的方案，以在運動過程中動態校正傾斜，同時保持鏡面平整度。
該研究中搭建的邁克爾遜傅里葉變換光譜儀系統如下圖所示，其中Broadband代表ARCLIGHT-NIR近紅外光源。它的發出的光被分束器分成兩束，分別被固定鏡和MEMS動鏡反射后再次合束時，就會產生干涉信號。這個干涉信號包含了光源的光譜信息，是進行傅里葉變換以重建光譜的原始數據來源。
搭建的邁克爾遜型傅里葉變換光譜儀系統；其中寬帶光源是ARCLIGHT-NIR近紅外光源
傅里葉變換后重建的光譜；（藍色曲線為He-Ne激光的譜線，橙色曲線為白光LED的光譜）
研究人員將MEMS鏡集成于傅里葉變換光譜系統中，成功重建了He-Ne激光（632.8 nm）和白色LED的光譜。系統實現了15 nm的光譜分辨率，證明了其用于高速瞬態光譜分析的可行性。在該研究中所用ARCLIGHT-NIR鹵素燈具有覆蓋近紅外（400-4000 nm）波段的連續光譜。ARCLIGHT-NIR鹵素燈具有較高的亮度，為探測系統提供了足夠強的信號，有助于獲得較高的信噪比。
3、新型多層干涉膜在中紅外波段的群時延色散測量
為了精準表征高性能鏡片的透射、反射和散射等光學特點，該研究采用非平衡配置的白光干涉儀（WLI）進行群延遲色散（GDD）測量，并與商用傅里葉變換紅外光譜儀在平衡配置下的測量結果進行對比，以此驗證該測量方法的有效性。
WLI實驗裝置如左下圖所示，其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中紅外光源，作為白光干涉儀的核心組件，與移動鏡配合生成干涉信號，用于提取相位和色散信息。
WLI實驗裝置圖；其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中紅外光源
單晶鏡仿真結果以及使用WLI和布魯克Vertex 80v儀器在平衡配置下測得的單晶鏡的實驗結果
該研究通過傳輸矩陣法仿真、商用布魯克儀器和自制WLI多種方法測量單晶分布式布拉格反射鏡的性能，證明了該新型單晶鏡優異的性能和可靠性。同時通過與商用Bruker頂級儀器Vertex 80v對比，充分驗證了自制測量系統的準確性與可靠性，為一種低成本、高性能的GDD測量方案提供了有力證據。
在該研究中ARCLIGHT-MIR中紅外光源提供了1–25 μm的寬譜覆蓋，確保在2.5–4.8 μm目標波段內有足夠的亮度和信噪比。ARCLIGHT-MIR（Globar）光源輸出穩定，利于長時間采集和重復測量。ARCLIGHT-MIR中紅外光源波段覆蓋中紅外主要特征吸收區，可適用于多種材料和研究對象。
參考文獻
ARCLIGHT-MIR與ARCLIGHT-NIR是專為可見光-近紅外（400-4000 nm）和中紅外（1-25 µm）光譜范圍優化設計的多功能照明設備。配備電子穩壓電源、可調式機械衰減器，并搭載可拆卸光纖耦合器，支持自由空間的光纖耦合操作。
新的ARCLIGHT NIR-MIR結合了NIR和MIR版本。兩個光源的光束通過金鏡和雙色濾光片耦合在一起。組合光源在400 nm至14 μm的寬光譜范圍內具有最佳光強。這種光源也可以與ARCoptix的FT NIR-MIR光譜儀結合使用，該光譜儀覆蓋光譜范圍為900-6000 nm。
特點
- 寬光譜范圍
- 最高強度和色溫
- VIS-NIR和IR兩個版本可用
- 可拆卸光纖耦合器
- 機械衰減器
| 產品型號 | ARCLIGHT-NIR | ARCLIGHT-MIR |
| 發光元件 | QTH (鹵素燈) | SiC硅碳棒 |
| 光源溫度 [K] | 2850 | 1550 |
| 光譜范圍 [μm] | 0.4-4 | 1-25 |
| 光譜范圍 [cm⁻¹] | 25000-2500 | 10000-400 |
| 額定壽命 [小時] | 4000 | 10000 |
| 可拆卸光纖耦合器 | NA=0.25, CaF₂ 透鏡 | NA=0.3, 鍍金離軸拋物鏡 |
| 功耗 [W] | 20 (電功率) | |
| 電源要求 | 通過外徑2.5 mm/內徑2.1 mm電源接口輸入12V直流電 (包含100-240 V交流轉12 V直流適配器) |
|
| 輸出光斑直徑 [mm] | 12.7 | |
| 工作溫度 [°C] | 5-40 | |
| 衰減器 | 手動光闌 | |
| 尺寸 [mm] | 92x92x43 (不包含光纖耦合器) 140x92x43 (包含光纖耦合器) |
|
| 重量 [kg] | 0.4 | |
基于相同溫度下完美黑體的輻射，對ARCLIGHT-NIR和ARCLIGHT-MIR真實輸出功率的近似模擬。
ARCLIGHT-MIR輸出功率曲線
ARCLIGHT-NIR輸出功率曲線
應用案例
１、藥物流動合成中溶劑濃度和水分含量的定量監測
在藥物合成方法中，流動合成可以通過執行液相色譜或光譜直接在通道內進行測量，相比批量合成其分析時間得以顯著減少。典型的有機溶劑分析不吸收紫外光或可見光，進行檢測和定量變得困難。且對于高濃度分析物，紅外光譜的吸收會飽和。另一方面拉曼光譜需要激發激光照射在測量點，這限制了測量區域。本文探索了一種利用近紅外光譜監測溶劑濃度的方法，并開發了一種適用于流動合成中實時測量的緊湊型透射測量池。
該研究采用ARCoptix的ARLIGHT-NIR鹵素燈和FTNIR-L1-025-2TE傅里葉近紅外光譜儀進行藥物合成中近紅外光譜測量。
(A)通過PLSR（實線）和理論濃度（虛線）預測溶劑濃度；(B)含水率預測結果(黑色)，含水率變化擬合線(紅色)，預測值與擬合線的差值(灰色)
流動合成過程中溶劑和水分含量的預測濃度(實線)和理論濃度(虛線)。
在該研究結果中預測水分含量的標準偏差約為10 ppm。這表明在流動合成過程中甚至可以檢測到水分含量的輕微波動，證明了該方法用于監測合成過程的有效性。
而該研究中所用ARCLIGHT-NIR鹵素燈覆蓋了400–4000 nm的光譜范圍。這項研究涉及溶劑濃度和水分的測定，這些物質的分子鍵（如O-H、C-H等）在近紅外區域有特征吸收峰。寬光譜光源確保了能夠同時激發這些不同的吸收特征，為同時預測多種成分提供了基礎。ARCLIGHT-NIR采用高品質鹵素燈泡，其光強輸出非常穩定。這種穩定性對于確保長期測量中光譜數據的重現性和可靠性至關重要，是建立穩健的PLSR預測模型并獲得低誤差預測結果的關鍵因素之一。
2、用于高速傅里葉變換的大行程壓電微機系統
傅里葉變換紅外光譜儀的光譜分辨率直接依賴于鏡子的行程。傳統壓電MEMS鏡被認為行程有限，難以同時實現大行程（>250μm）和高共振頻率（>3.5 kHz），而這是實現高速、高分辨率光譜分析的關鍵。而其中鏡面的形變與傾斜控制會嚴重影響信噪比和光譜分辨率，所以需要設計一種既能提供大驅動力，又能實現多通道獨立控制的方案，以在運動過程中動態校正傾斜，同時保持鏡面平整度。
該研究中搭建的邁克爾遜傅里葉變換光譜儀系統如下圖所示，其中Broadband代表ARCLIGHT-NIR近紅外光源。它的發出的光被分束器分成兩束，分別被固定鏡和MEMS動鏡反射后再次合束時，就會產生干涉信號。這個干涉信號包含了光源的光譜信息，是進行傅里葉變換以重建光譜的原始數據來源。
研究人員將MEMS鏡集成于傅里葉變換光譜系統中，成功重建了He-Ne激光（632.8 nm）和白色LED的光譜。系統實現了15 nm的光譜分辨率，證明了其用于高速瞬態光譜分析的可行性。在該研究中所用ARCLIGHT-NIR鹵素燈具有覆蓋近紅外（400-4000 nm）波段的連續光譜。ARCLIGHT-NIR鹵素燈具有較高的亮度，為探測系統提供了足夠強的信號，有助于獲得較高的信噪比。
3、新型多層干涉膜在中紅外波段的群時延色散測量
為了精準表征高性能鏡片的透射、反射和散射等光學特點，該研究采用非平衡配置的白光干涉儀（WLI）進行群延遲色散（GDD）測量，并與商用傅里葉變換紅外光譜儀在平衡配置下的測量結果進行對比，以此驗證該測量方法的有效性。
WLI實驗裝置如左下圖所示，其中WLS代表ARCLIGHT-MIR中紅外光源，作為白光干涉儀的核心組件，與移動鏡配合生成干涉信號，用于提取相位和色散信息。
單晶鏡仿真結果以及使用WLI和布魯克Vertex 80v儀器在平衡配置下測得的單晶鏡的實驗結果該研究通過傳輸矩陣法仿真、商用布魯克儀器和自制WLI多種方法測量單晶分布式布拉格反射鏡的性能，證明了該新型單晶鏡優異的性能和可靠性。同時通過與商用Bruker頂級儀器Vertex 80v對比，充分驗證了自制測量系統的準確性與可靠性，為一種低成本、高性能的GDD測量方案提供了有力證據。
在該研究中ARCLIGHT-MIR中紅外光源提供了1–25 μm的寬譜覆蓋，確保在2.5–4.8 μm目標波段內有足夠的亮度和信噪比。ARCLIGHT-MIR（Globar）光源輸出穩定，利于長時間采集和重復測量。ARCLIGHT-MIR中紅外光源波段覆蓋中紅外主要特征吸收區，可適用于多種材料和研究對象。
參考文獻
- Hattori, Y., & Suzuki, Y. Quantitative Monitoring of Solvent Concentration and Moisture Content in Flow Synthesis.
- Galander, U., Prinz, M., Perner, L. W., & Heckl, O. H. (2025). Group Delay Dispersion Measurements of Novel Multilayer Interference Coatings in the Mid-Infrared Spectral Regime. arXiv preprint arXiv:2503.03289.
- Pribošek, J., Lagosh, A., & Auböck, G. (2023, June). Large Stroke Piezo Mems Mirror for High-Speed Fourier Transform Spectroscopy. In 2023 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers) (pp. 1449-1452). IEEE.
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