實驗 傅立葉變換光譜

實驗傅立葉變換光譜第1頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月提綱實驗目的實驗原理實驗系統(tǒng)實驗內容思考題參考文獻第2頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月自組傅立葉變換光譜儀，測量常用光源的光譜分布第3頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月傅里葉變換光譜是一個很有特色的實驗，傅里葉變換光譜實驗結果的獲得不是直接測量出來的，而是通過傅里葉變換，從空間域變換到頻率域通過數(shù)學計算的方法得到的，這種方法在當今的信息處理技術中具有廣泛的應用。第4頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月多數(shù)傅里葉變換光譜儀是基于邁克爾遜干涉儀結構的。我們知道在邁克爾遜干涉儀中，藉助于連續(xù)地移動其中的一個反射鏡（稱之為動鏡），干涉儀產(chǎn)生的兩束相干光的光程差發(fā)生連續(xù)改變，干涉光強就會相應發(fā)生改變，若在改變光程差的同時，同時記錄下光強接收器輸出中的變化部分，就得到了干涉光強隨光程差的變化曲線，稱為干涉圖函數(shù)。這樣，在獲得干涉圖之后，只要算出干涉圖的傅里葉余弦變換，即可得到光源的光譜分布，如此得到的光譜稱為傅里葉變換光譜，這樣的光譜技術稱為傅立葉變換光譜技術。第5頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)光波疊加原理，若有兩束單色光，他們的波數(shù)都是σ，傳播方向和偏振方向相同，光強都是I’，兩光束之間光程差為△，這兩束光相互疊加產(chǎn)生干涉，得到的光強為 （1）從上式我們看到，單色光的干涉圖函數(shù)包含一個直流分量和一個余弦函數(shù)分量。經(jīng)過仔細分析不難看出，余弦函數(shù)分量的周期就是單色光的波長。若光源發(fā)出的不是單色光，而是含有多種光譜成分的混合光，光強隨波長的分布是I(σ)，在光譜間隔dσ內光強是I(σ)dσ

。將此光源發(fā)出的光分成強度相同的兩束，相互干涉后光強是 （2）第6頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月在整個光譜范圍內的干涉總光強為第7頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月如何實現(xiàn)高精確度的等光程差采樣間隔是傅立葉變換光譜儀的核心技術第9頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月用一個精密電機帶動邁克爾遜干涉儀的細調手輪，讓其動鏡勻速移動，從而以恒定速度改變光程差。用光電接收器接收光強信號，得到干涉光強隨時間變化的曲線。再用已知波長的單色光測出動鏡移動的速度，就可以得到干涉光強隨光程差變化的曲線了。第10頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗裝置如圖4-2-1所示，由邁克爾遜干涉儀、鎢絲燈、氦氖激光器、光電倍增管、光電二極管、力矩電機、測量控制單元和計算機等組成。核心是一臺經(jīng)過改裝的邁克爾遜干涉儀（虛線框內的部分），干涉儀的動鏡M2（7）可以在精密力矩電機（8）的驅動下勻速緩慢移動，被測光源（1）發(fā)出的光經(jīng)過干涉儀形成干涉光，其干涉光強由光電倍增管（10）接收。用來給光程差定標的參考激光（2）由反射鏡（3）從主光路的一側照射到分束鏡（4）上，經(jīng)同一組分束鏡（4）、補償鏡（5）、反射鏡（6、7）形成分光、干涉，然后再經(jīng)過反射鏡（3）反射到光電二極管（11）。光電倍增管（10）和光電二極管（11）的輸出信號，都經(jīng)過測量控制單元（12）的雙路精密模數(shù)轉換器轉換成數(shù)字信號，二者的采樣是同步且等時間間隔的。測量數(shù)據(jù)經(jīng)串行通訊口送入計算機（13），由專門開發(fā)的傅里葉變換光譜數(shù)據(jù)處理軟件進行控制處理。數(shù)據(jù)處理軟件首先根據(jù)參考光的干涉光強隨時間的變化對被測光干涉圖進行修正，得到等光程差間隔采樣的干涉圖，然后對進行快速傅立葉變換，最終得到傅立葉變換光譜。第11頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月8213615491011337高精度ADC高精度ADC電機反饋控制單片機121被測光源2氦氖激光器3反射鏡4分束鏡5補償鏡6反射鏡M17反射鏡M28力矩電機9聚光鏡10光電倍增管11光電二極管12測量控制單元13計算機傅立葉變換光譜實驗裝置示意圖第12頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗中傅立葉變換是如何實現(xiàn)的如何判斷光程差變小的方向第13頁，課件共15頁，創(chuàng)作于2023年2月呂斯樺，朱印康主編，近