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l 實驗簡介：利用光的干涉現象，得到干涉圖，經過傅立葉變換，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，同時記錄所有待測光譜元，這又進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用于紅外光譜工作中。l 實驗目的：利用傅立葉變換光譜

2、儀，測量常用光源的光譜分布。l 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關系。通過測量干涉圖和對干涉圖進行傅立葉積分變換的方法來測定和研究光譜圖。和傳統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學方式對光譜信息進行編碼的攝譜儀，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光譜儀高得多的信噪比和分辨率；同時它的數字化的光譜數據，也便于計算機處理和演繹。正是這些基本優(yōu)點，使得傅立葉光譜方法發(fā)展為目前紅外和遠紅外波段中最有力的光譜工具。它的研究、開發(fā)和應用已經形成了光譜學的一個獨立分支傅立葉光譜學，或稱干涉光譜學。傅立葉的變換過程實

3、際上就是調制與解調的過程，通過調制我們將待測光的高頻率調制成我們可以掌控、接收的頻率。然后將接收器接收到的信號送到調制器中進行分解，得出待測光中的頻率成分及各頻率對應的強度值。這樣我們就得到了待測光的光譜圖。調制和解調方程： 調制方程： 解調方程： I()隨光程變化的干涉圖v 表示最小波數B(v)復原光譜圖強度分布l 實驗內容1.利用激光調整邁克爾遜干涉儀，調出光的干涉條紋2.利用鎢絲燈調出白光的干涉條紋，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，調整干涉條紋的方向和寬度4.調整參考激光光路，盡量減少兩光路之間的相互影響5.調整電機轉速，連接計算機，開始采集數據6.進行數據處理和

4、傅里葉變換，輸出光譜附錄一：儀器原理n 基本結構目前大多數國內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。u 光路部分邁克爾遜干涉儀是比較典型的干涉儀，它雖出現在 100 多年前，但當今仍有許多應用，而且許多現代的干涉儀，其核心結構仍是邁克爾遜干涉儀。在本傅立葉變換實驗裝置的設計中，光通過邁克爾遜干涉儀分成兩束后產生干涉。邁克爾遜干涉儀將光調制成干涉光，是傅立葉光譜儀中的核心光學器件。典型的邁克爾遜光路設計，采用光的干涉原理通過傅立葉變換的數學處理來獲得光譜圖。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

5、越高。 圖表1光譜儀的光源有單色光源和復合光源，嚴格意義上說單色光源也是具有極窄的譜帶的。復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，產生干涉光。光源的干涉圖就是由這無數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。u 機械設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。儀器原理設計如右圖 1-溴鎢燈 2-外置光源 3-光源轉換鏡 4-可變光闌 5-平面反射鏡 6-準直鏡 7-動鏡 8-干涉板 9-補償板 10-定鏡 11-平面反射鏡 12-接收器（1）13-半透半反境 14-接收器

6、（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，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。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，表示鎢燈已經打開；選擇合適的光闌，一般建議選擇8擋位置，然后再將光源鏡的旋鈕旋轉到鎢燈位置如圖表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注意：打開光源后儀器要預熱30分鐘，使測量數據準確；外接光源測試時間1分鐘。2.3. 進入軟件以鎢燈為例，將光源位置調整好后，進入軟件界面如圖表25所示；如果儀器的電源或者USB連接有問題就會出現如圖表26所示的錯誤界面。圖表3圖表42.4. 新建實驗進入軟件界面點擊新建實驗出現如圖表27新建界面，點擊參數設置出現如圖表28參數設置畫面。圖表5圖表62.5. 開始采集鎢燈設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據按鈕 ，出現如圖表29復位界面，復位完成后出現如下界面。圖表 7圖表 82.6. 傅立葉變換點擊工具欄的傅立葉變換按鈕 ，出現界面如圖表31所