实验42-傅立叶变换光谱课件

提纲 实验目的 实验原理 实验系统 实验内容 思考题 参考文献自组傅立叶变换光谱仪，测量常用光源的光谱分布 傅里叶变换光谱是一个很有特色的实验，傅里叶变换光谱实验结果的获得不是直接测量出来的，而是通过傅里叶变换，从空间域变换到频率域通过数学计算的方法得到的，这种方法在当今的信息处理技术中具有广泛的应用。多数傅里叶变换光谱仪是基于迈克尔逊干涉仪结构的。我们知道在迈克尔逊干涉仪中，藉助于连续地移动其中的一个反射镜（称之为动镜），干涉仪产生的两束相干光的光程差发生连续改变，干涉光强就会相应发生改变，若在改变光程差的同时，同时记录下光强接收器输出中的变化部分，就得到了干涉光强随光程差的变化曲线，称为干涉图函数。这样，在获得干涉图之后，只要算出干涉图的傅里叶余弦变换，即可得到光源的光谱分布，如此得到的光谱称为傅里叶变换光谱，这样的光谱技术称为傅立叶变换光谱技术。根据光波叠加原理，若有两束单色光，他们的波数都是，传播方向和偏振方向相同，光强都是I，两光束之间光程差为，这两束光相互叠加产生干涉，得到的光强为 （1）从上式我们看到，单色光的干涉图函数包含一个直流分量和一个余弦函数分量。经过仔细分析不难看出，余弦函数分量的周期就是单色光的波长。若光源发出的不是单色光，而是含有多种光谱成分的混合光，光强随波长的分布是I()，在光谱间隔d 内光强是I()d 。将此光源发出的光分成强度相同的两束，相互干涉后光强是（2）在整个光谱范围内的干涉总光强为如何实现高精确度的等光程差采样间隔是傅立叶变换光谱仪的核心技术 用一个精密电机带动迈克尔逊干涉仪的细调手轮，让其动镜匀速移动，从而以恒定速度改变光程差。用光电接收器接收光强信号，得到干涉光强随时间变化的曲线。再用已知波长的单色光测出动镜移动的速度，就可以得到干涉光强随光程差变化的曲线了。实验装置如图4-2-1所示，由迈克尔逊干涉仪、钨丝灯、氦氖激光器、光电倍增管、光电二极管、力矩电机、测量控制单元和计算机等组成。核心是一台经过改装的迈克尔逊干涉仪（虚线框内的部分），干涉仪的动镜M2（7）可以在精密力矩电机（8）的驱动下匀速缓慢移动，被测光源（1）发出的光经过干涉仪形成干涉光，其干涉光强由光电倍增管（10）接收。用来给光程差定标的参考激光（2）由反射镜（3）从主光路的一侧照射到分束镜（4）上，经同一组分束镜（4）、补偿镜（5）、反射镜（6、7）形成分光、干涉，然后再经过反射镜（3）反射到光电二极管（11）。光电倍增管（10）和光电二极管（11）的输出信号，都经过测量控制单元（12）的双路精密模数转换器转换成数字信号，二者的采样是同步且等时间间隔的。测量数据经串行通讯口送入计算机（13），由专门开发的傅里叶变换光谱数据处理软件进行控制处理。数据处理软件首先根据参考光的干涉光强随时间的变化对被测光干涉图进行修正，得到等光程差间隔采样的干涉图，然后对进行快速傅立叶变换，最终得到傅立叶变换光谱。8213615491011337高精度ADC高精度ADC电机反馈控制单片机121被测光源 2氦氖激光器 3反射镜 4分束镜 5补偿镜 6反射镜M1 7反射镜M28力矩电机 9聚光镜 10光电倍增管 11光电二极管 12测量控制单元 13计算机傅立叶变换光谱实验装置示意图实验中傅立叶变换是如何实现的如何判断光程差变小的方向吕斯桦，朱印康主编，近代物理实验技术I，高等教育出版社，1991母国光，战元龄等，光学，高等教育出版社，1979