第 3 章 實驗方法與系統架設
3.2 實驗架設介紹
3.2.3 光譜系統
本實驗使用 Bruker IFS 66v/s 傅立葉轉換紅外光譜儀，作為獲得時間解析紅外 放射光譜之工具。於實驗過程中，會以外接之真空幫浦(Adixen，2015SD)將光譜儀 內部抽到 5 mbar，以除去內部水氣及二氧化碳之干擾。整體光譜系統示意圖如圖 3-2：
圖 3-2 光譜系統示意圖
光譜系統可再細分成幾個部分：
A. 聚焦鏡系統/內部光源
實驗室前人 32以及交通大學李遠鵬教授實驗室 33以兩個氟化鈣凸透鏡來收集 螢光，雖然方便對光，但透鏡會導致色散，對訊號有一定程度之影響，因此吾人選 擇以兩鍍銀之 90∘離軸拋物面鏡(off-axis parabolic mirror, OAP)取代透鏡組，將反 應腔體內光解產物之紅外放光導入光譜儀內。
由於光譜儀內分光鏡之明晰孔徑(clear aperture)約為 33 mm，為使從腔體內產 生之紅外光訊號完全進入干涉儀內，圖 3-2 中 OAP1’之數值孔徑(numerical aperture，
NA)應大於 4.5。雖焦距 5 吋之 1 吋 OAP 為較好選擇，但本實驗選擇市面上較容易 取得之直徑 1 吋、等效焦距(equivalent focal distance，EFL)6 吋之 OAP(Thorlabs，
MPD169-P01)。
B. 干涉儀
此光譜儀可選擇不同之分光鏡來搭配使用波段，各種分光鏡之效率如圖 3-3。
實驗時選用摻有鍺之溴化鉀分光鏡，其適用波段為 370~7500 cm-1，此分光鏡極易 吸收空氣中之水氣而潮解，故平時不用時，應將光譜儀通入乾燥空氣或氮氣，並將 光源切換至內部 MIR 光源(Globar source)，使分光鏡表面保持乾燥，或是從光譜儀 取出，蓋上保護蓋存放於相對濕度 20 %以下之防潮箱內；而對光時，可選用可穿 透可見光之石英(Quartz)分光鏡，以方便對光。大多數之功能可藉由原廠提供之 OPUSTM 4.0 程式控制。
圖 3-3 分光鏡之效率
C. 偵測器
選 用 之 偵 測 器 為 銻 化 銦 (Kolmartech ， KISDP-1-LJ2/PS) ， 偵 測 範 圍 為 1850~10000 cm-1，其光譜響應如圖 3-4。響應時間約 25 ns。當內部之銻化銦光電 二極體接受到光子，會產生相應強度之電流。為降低熱雜訊，偵測器須注入液態氮，
使其冷卻至 77 K。此型號配有一整合之轉阻放大器，可將電流訊號放大，並轉為 電壓輸出，其輸出阻抗為 50 Ω，且提供直流/交流耦合兩種輸出，分別對應的頻寬 為 DC-15 MHz/100-15 MHz，本論文旨在觀察光解產物之放光訊號，其生命期僅為 100~200 微秒，且訊號微弱，易受背景值影響，故選用交流耦合訊號。整合之放大 器需要 ±12 V，55 mA 之外接直流電源來供電，且正負極不可接反，以免偵測器毀 損。此偵測器內有一自動之感溫開關，當內部液氮消耗完畢，溫度達 100 K 以上 時，感溫開關會斷開放大器之電源，以保護偵測器。若以內部 MIR 作為光源，發 現在 3200 cm-1~3300 cm-1有一明顯之固態水吸收峰，或將偵測器填充液氮後，偵 測器外壁表面有水滴凝結，則代表偵測器之杜瓦瓶內層真空度不足，須以 valve operator (Kolmartech, VO-2) 連接高真空系統，將杜瓦瓶內壓力抽至 10-6 torr 以下，
以除去內層水氣及回復杜瓦瓶保冷能力。