實驗傅立葉變換光譜實驗

1、實驗 3-3 傅立葉變換光譜實驗實驗簡介：利用光的干涉現(xiàn)象， 得到干涉圖，經(jīng)過傅立葉變換，在頻域中得到光譜，這種方法得到 的光譜稱為傅立葉變換光譜，所用的儀器稱為傅立葉光譜儀。它的優(yōu)點是：1. 它以大的圓形入射孔徑代替普通光譜儀的窄的入射狹縫，在獲得同樣分辨本領(lǐng)條件 下，它能從較大的立體角接受光源輻射。2. 在一般分光光度計中，每一瞬間只能測量一個光譜元，而傅立葉光譜儀能在整個工 作時間內(nèi)， 同時記錄所有待測光譜元， 這又進(jìn)一步使接收器獲得更多的輻射能量， 提高接收 信號的信噪比。 所以， 它特別適合于光源較弱的紅外光譜區(qū)， 目前它已作為一種新型紅外光 譜儀廣泛應(yīng)用于紅外光譜工作中。實驗?zāi)康模?/p>

2、利用傅立葉變換光譜儀，測量常用光源的光譜分布。實驗原理傅立葉光譜方法利用干涉圖和光譜圖之間的對應(yīng)關(guān)系。 通過測量干涉圖和對干涉圖進(jìn)行 傅立葉積分變換的方法來測定和研究光譜圖。 和傳統(tǒng)的色散性光譜儀相比較， 傅立葉光譜儀 可以理解為以某種數(shù)學(xué)方式對光譜信息進(jìn)行編碼的攝譜儀， 它能同時測量、 記錄所有譜元的 信號，并以更高的效率采集來自光源的輻射能量， 從而使它具有比傳統(tǒng)光譜儀高得多的信噪 比和分辨率；同時它的數(shù)字化的光譜數(shù)據(jù)，也便于計算機(jī)處理和演繹。正是這些基本優(yōu)點， 使得傅立葉光譜方法發(fā)展為目前紅外和遠(yuǎn)紅外波段中最有力的光譜工具。 它的研究、 開發(fā)和 應(yīng)用已經(jīng)形成了光譜學(xué)的一個獨立分支傅立葉光

3、譜學(xué)，或稱干涉光譜學(xué)。傅立葉的變換過程實際上就是調(diào)制與解調(diào)的過程， 通過調(diào)制我們將待測光的高頻率調(diào)制 成我們可以掌控、 接收的頻率。 然后將接收器接收到的信號送到調(diào)制器中進(jìn)行分解， 得出待 測光中的頻率成分及各頻率對應(yīng)的強(qiáng)度值。這樣我們就得到了待測光的光譜圖。調(diào)制和解調(diào)方程：調(diào)制方程：I(B( )cos(2 )d解調(diào)方程：B( )I( )cos(2 )d1( S )隨光程變化的干涉圖v 表示最小波數(shù)B(v) 復(fù)原光譜圖強(qiáng)度分布實驗內(nèi)容1. 利用激光調(diào)整邁克爾遜干涉儀，調(diào)出光的干涉條紋2. 利用鎢絲燈調(diào)出白光的干涉條紋，目的是找出光程差為零的位置3. 去掉白光燈，放入被測光源，調(diào)整干涉條紋的方向

4、和寬度4. 調(diào)整參考激光光路，盡量減少兩光路之間的相互影響5. 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，連接計算機(jī)，開始采集數(shù)據(jù)6. 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和傅里葉變換，輸出光譜附錄一：儀器原理基本結(jié)構(gòu)目前大多數(shù)國內(nèi)外的傅立葉光譜儀采用邁克爾遜干涉儀作為干涉裝置，而且干涉儀是傅立葉變換的核心部件。光路部分邁克爾遜干涉儀是比較典型的干涉儀，它雖出現(xiàn)在100多年前，但當(dāng)今仍有許多應(yīng)用， 而且許多現(xiàn)代的干涉儀，其核心結(jié)構(gòu)仍是邁克爾遜干涉儀。在本傅立葉變換實驗裝置的設(shè)計 中，光通過邁克爾遜干涉儀分成兩束后產(chǎn)生干涉。邁克爾遜干涉儀將光調(diào)制成干涉光，是傅 立葉光譜儀中的核心光學(xué)器件。典型的邁克爾遜光路設(shè)計，采用光的干涉原理通過傅立葉變換的數(shù)

5、學(xué)處理 來獲得光譜圖。傅立葉變換法具有簡單，快速等優(yōu)點。采用干涉方法的分辨率由 測量時間來決定的，采集的時間越長分辨率就越高。I門睛圖表1光譜儀的光源有單色光源和復(fù)合光源，嚴(yán)格意義上說單色光源也是具有極 窄的譜帶的。復(fù)合光源通過邁克爾遜干涉儀時， 每一種單色光都發(fā)生干涉，產(chǎn)生 干涉光。光源的干涉圖就是由這無數(shù)個無限窄的單色干涉光組成的，也可以說干涉圖是由多色干涉光組成的。機(jī)械設(shè)計部分光路采用的是邁克爾遜干涉裝置，其對動鏡的移動精度要求較高，要實現(xiàn) 較高的干涉條紋精度，首先要確保動鏡的移動精度及移動的直線度。儀器原理設(shè)計如右圖1-溴鎢燈2-外置光源3-光源轉(zhuǎn)換鏡4-可變光闌5-平面反射鏡6-準(zhǔn)直

6、鏡7-動鏡8-干涉板9-補(bǔ)償板10-定鏡 11-平面反射鏡12-接收器（1）13-半透半反境14-接收 器（2）15-平面反射鏡16-激光器附錄二 軟件的使用及儀器操作2.1. 安放儀器先將傅立葉變換實驗裝置擺放到平穩(wěn)的工作臺上，將電源線和USB連接總線連接到儀器上。打開儀器的電源開關(guān)， 這時可以看到儀器面板上的紅色電源指示燈點亮，表示儀器的電源連接正常。儀器面板如圖表 23所示。x型傅立葉變換光譜儀芹”1 .卜 43.:-E - i |，.硏 # 汰洋帀普眉Si有隈處司圖表12.2. 打開光源光源的電源打開，可以看到如圖表23所示紅色鎢燈的指示燈點亮，表示鎢燈已經(jīng)打開;選擇合適的光闌，一般建

7、議選擇8擋位置，然后再將光源鏡的旋鈕旋轉(zhuǎn)到鎢燈位置如圖表24所示。若用其它的外接光源則將光源鏡的位置旋到其它光源上，且將外接光源的入口處 的端蓋打開將光源引入。圖表2打開光源后儀器要預(yù)熱 30分鐘，使測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；外接光源測試時間1分鐘。2.3. 進(jìn)入軟件以鎢燈為例，將光源位置調(diào)整好后，進(jìn)入軟件界面如圖表25所示；如果儀器的電源或者USB連接有問題就會出現(xiàn)如圖表26所示的錯誤界面。圖表3圖表42.4. 新建實驗進(jìn)入軟件界面點擊新建實驗出現(xiàn)如圖表27新建界面，點擊參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)如圖表28參數(shù)設(shè)置畫面。圖表5圖表62.5. 開始采集鎢燈設(shè)置時間為一分鐘后點擊確定，然后回到如圖表27新建界面。然后點擊界面上的采集數(shù)據(jù)按鈕29復(fù)位界面，復(fù)位完成后出現(xiàn)如下界面。反希忡中1F圖表7UMh2.6. 傅立葉變換點擊工具欄的傅立葉變換按鈕,出現(xiàn)界面如圖表