1、干涉仪系统
干涉仪系统包括两部分：干涉仪和光源
（1）干涉仪傅里叶变换红外光谱仪中*常用的是迈克尔逊干涉仪，它由动镜、定镜及分束器组成。分束器是表面镀有一层很薄的锗（几纳米到几十纳米厚）的溴化钾单晶片，它将光源发出的红外光分成能量相等的两東，一東照向动镜，另一束照向定镜。动镜通过位置移动来提供干涉所必需的光学延迟。光束经过干涉仪的调制后产生干涉光，该干涉光经样品吸收后被检测器检测，经傅里叶变换得到红外光谱图。在获取光学延退时有两种动镜运动模式:连续运动和不连续运动，因此在红外成像时也有两种干涉系统。
①快扫描（ rapid scan）干涉仪这种干涉仪又称作连续扫描（continuous scan）干涉仪，为绝大多数傅里叶变换红外光谱仪所米用，其特点是动镜以固定速率扫描，因而光学延迟是连续变化，如图1（a）所示。
②步进扫描（ step scan）干涉仪在这种干涉仪中动镜延迟先快速变化到一定数值并保持恒定，完成测量后又快速进入下一延迟进行测量，如此不断地进行扫描，如图2（b）所示。由于步进扫描模式是逐点采集干涉图，因此其采集周期长，采集速度慢。这种干涉仪模式在**代红外显微成像系统中发挥了重要作用。
图2 干涉仪的两种镜扫描模式
（a）连续扫描；（b）步进扫描
（2）光源中红外光谱仪的光源都可用于红
外成像中，这些光源的工作温度高（>1400K），能量大。常用红外光源大都是白炽光源，如職棒、金属陶瓷棒、EVER-GLO光源等。另外，硅化钼或硅化钼钨（MoxW1-xSi2）材料的工作温度可达到1900K以上，也是较好的红外光源。
除了白炽光源外，采用同步加速器（ synchrotron）或自由电子激光（ free electron laser， FEL）作为红外显微成像的光源要比传统光源好很多，因为这两种光源的能量很高、光東很窄。同步加速器是一种回旋加速器，采用同步电场和磁场对其中的电子加速，电子沿回旋通道加速时会产生光子。这种加速器产生的光子能量相当于10000K黑体发射的光子，而且光束有效直径只有约100μm，非常适合显微红外测试。自由电子激光器与传统激光器的光学性质一样，但它采用速度接近光速的电子作为发射激光的介质，从而产生*宽的频率范围，其波长从微波到X射线范围可调。
2.红外显微光学系统
红外显微镜与可见光显微镜外观相似，但其光学系统中不采用玻璃折射部件。这种显做镜可分为传统红外显微镜和红外成像显微镜，二者在光路设计上基本一致，但设计目的**不同。传统的红外显微镜仅仅是为了获得*大光通量，从而获取有价值的微米区域的样品光谱图:而红外成像显微镜则是为了在视场中获得均匀的照射，从而对微观区域内样品的均匀度、化学分布等进行研究，这种成像显微镜的标志是焦平面阵列检测器（FPA）的出现。因此，在红外成像显微镜的光学系统中，从光谱仪到FPA检测器的光通路上使用了多个发散透镜以发散光束，增加光斑尺寸，从而提高空间均匀度。在红外显微光学系统中（图1），为了采集红外图像，一般都采用 Cassegrainian光学模式将红外线聚焦到样品面上。另外为了获得可见光区的显微照片，在光路系统中还采用了一个独立的可见光光路系统以及CCD相机，CCD相机通常置于可见光路的末端。由于可见光视场比红外线通路大，因此可以对样品精确定位可见光图像或红外图像可采用一系列分光镜或旋转镜进行同时观察或交替观察。另外，将红外干涉仪与标准光学显微镜集成为一体还可实现传统光学显示与光谱成像显示的结合。
3.检测器
红外成像的检测器决定其数据采集速度、数据质量以及*终的红外图像质量。普通红外光谱仪配备的氘代硫酸三甘肽（DTGS）检测器在室温下工作，其检测单元大小为1 mm×1mm或2mmx2mm，但其灵敏度太低，用于显微分析时信号太弱而难以检测。中红外显微分析中都采用更灵敏的液氮冷却汞镉碲（MCT）检测器，该检测器在光导模式下工作，即当红外辐射照射到检测器时，光子会促进电子从价带向导带跃迁，通过测量电导率的上升来测量光子流强度。
MCT检测器的性质取决于其组成，即Hg：Cd的比例。该检测器分为窄带、中带、宽带三种类型。窄带MCT检测器*灵敏，但对波数<750cm-1的红外光没有响应；中带MCT灵敏度稍差，但截止频率可到600m宽带MCT截止频率可拓宽到450m-1，但灵敏度*差。对大多数有机化合物而言，其红外光谱在<700cm-1区域的有用谱带很少，因此红外显微镜中都采用窄带MCT检测器。
用于红外成像的检测器有三种:单点检测器、线阵列检测器以及焦平面阵列检测器。
（1）单点检测器（ single element detector）这种检测器以绘地图（ mapping）方式成像，检测器上只有一个检测单元，其大小一般为250μm×250μm。进行图像采集时，经快扫描干涉仪调制的红外辐射聚焦到指定的样品区域，通过控制狭缝尺寸限制红外光束的照射面积，然后对限定好的区域进行成像［图1中的（d）］。为了便于观察样品区域位置，这种红外显微光学系统采用了可见光束与红外光束在同一条直线并且等焦面的设计思想。单点检测器装置*初用于检测微区域上的杂质或缺陷，当用于成像时，需要用一个程序精确控制的显微镜载物台来自动变换样品位置，并使空间位置与采集光谱一一对应（即编码），当所有点的光谱采集完成后，由计算机将其自动组合在一起得到所需要的红外图像（即解码）。
单点检测器光路中采用了双狭缝设计［见图1（d）］，这种设计可以消除由于单狭缝衍射引起的光偏移，但是同时也减小了光通量。为了提高信噪比，就必须增加扫描次数，这又使得每幅图像的采集时间较长，特别是采集较大面积图像时。为了平衡二者的矛盾，可通过优化狭缝尺寸和扫描次数来获取*佳的图像质量100。
（2）线阵列检测器（ linear array detector）线阵列检测器于2001年由 Perkin Elmer开发成功，主要是为了克服单点检测器的差信噪比、光偏移、长的图像采集时间以及采用焦平面阵列检测器时红外成像必须采用步进扫描干涉仪（**代基于FPA的红外成像装置）等缺点而设计的。这种检测器一般是将一组或两组16个窄带MCT检测器排列在一起，形成16x1或16×2的线阵列检测器，对线阵列上16（或32）个检测单元（像素）的响应信号同时进行数据处理，并按其空间位置进行编码及解码。和采用单点检测器的装置一样，在这种装置中红外光束和可见光束也在同一条直线并且处于等焦面。采用线阵列检测器的图像采集过程也与单点检测器类似、，均需要用计算机精确控制载物台移动，并由计算机将其组合在一起得到红外图像。尽管有这些相似性，线阵列检测器在光学系统仍有几个重要变化:**，阵列检测器装置不需要狭缝；第二，斑点大小与检测器阵列的尺寸匹配。
线阵列检测器上的检测单元少，图像数据处理速度快，因此能与连续扫描干涉仪相连，从而降低红外成像光谱仪的价格。阵列检测器中每个像素单元的尺寸只有几十微米，远小于单点检测器，因而其信噪比也得到较大提高，因为信噪比与检测单元面积的平方根成反比。另外，线阵列检测器不需要狭缝，光通量高，其空间分辨率由光学系统决定。
（3）焦平面阵列检测器（ focal plane array detector）真正意义的红外成像技术发展是以焦平面阵列检测器（FPA检测器）的出现为标志的。在其*初设计中，采用的检测器为拥有64x64检测单元的锑化铟（InSb）阵列。因InSb截止频率为1800cm-1，中红外指纹区不能测量，因此很快为MCT阵列检测器所代替。FPA检测器一般由数千到数万个独立的检测单元组成，这些检测单元按二维图案排列。单个检测单元的尺寸一般为几十微米，总的检测器芯片大小为几个毫米。当样品采集面积与显微镜光学系统的放大倍数和检测器总大小相匹配时，即可一次成像，而不需显微镜载物台移动，这种采样方式和单点的绘图方式不同，被称作照相（ Imaging）模式。线阵列检测器也采用照相方式，但和FPA检测器相比，其一次成像的面积小，因此通常需将分析区域“分割”成几块，分别对各块照相，然后将其组合成一幅完整的图像。
FPA检测器中使用*多的红外敏感材料是MCT，此外钡锶钛（BST）也用作中红外FPA检测器的敏感材料，其优点是能在室温下工作，不需冷却，光谱范围宽（2~14μm），检测器成本低，但*大缺点是灵敏度低，因此用得较少。
由于FPA检测器的检测单元数很多，因此相比于单点和线阵列检测器其图像采集时间会大大节省，采集效率得到较大提高。如采集相同尺寸的样品图像时，P×P个像素的FPA检测器采集时间仅为单点检测器的1/p2，为线阵列检测器的m/P2（m为线阵列检测器的像素数）。基于FPA检测的红外成像。如图3所示。
图3 基于FPA检测的红外成像示意
*常用的MCT检测器为64×64像素，另外128×128像素和256×256像素的MCT检测器也有使用，这些主要用于较大样品区域的图像采集。更大像素（1024x1024和2048×2048）的检测器还在开发阶段。不过由于MCT材料是通过铟焊接技术与基板结合的，并且检测器需在液氮冷却下工作，反复的热-冷循环可能导致焊接脱落以及检测器边缘分层，使检测器中出现坏像素点，这使得大像素检测器的开发和应用受到很多挑战。
