傅里叶变换光谱实验讲义0

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1、傅里叶变换光谱实验讲义引言一实验目的1.了解傅里叶变换光谱的基本原理2.学习使用傅里叶变换光谱仪测定光源的辐射光谱，知道简单的谱线分析方法。二实验原理傅里叶变换过程实际上就是调制与解调的过程，通过调制我们将待测光的高频率调制成我们可以掌控接收的频率。然后将接收到的信号送到解调器中进行分解，得出待测光中的频率成分及各频率对应的强度值。调制方程：解调方程：调制过程：这一步由迈克尔孙干涉仪实现，设一单色光进入干涉仪后，它将被分成两束后进行干涉，干涉后的光强值为，（其中为光程差，它随动镜的移动而变化，为单色光的波数值）。如果待测光为连续光谱，

2、那么干涉后的光强为解调过程：我们把从接收器上采集到的数据送入计算机中进行数据处理，这一步就是解调过程。使用的方程就是解调方程，这个方程也是傅里叶变换光谱学中干涉图-光谱图关系的基本方程。对于给定的波数，如果已知干涉图与光程差的关系式，就可以用解调方程计算的这波数处的光谱强度。为了获得整个工作波数范围的光谱图，只需对所希望的波段内的每一个波数反复按解调方程进行傅里叶变换运算就行了。三实验装置(一)、仪器结构XGF-1型傅里叶变换光谱仪的总体结构如图1所示。仪器的外形示意图见图2，3所示。仪器配套实验台，各分部件安装于实验台上，实验台结实

3、平稳，满足精度光学实验的要求。1.内置光源选用溴钨灯（12V30w）,待测光过准直镜后变成平行光进入干涉仪，从干涉仪中出射后成为两束相干光，并有一定的相位差。干涉光经平面镜12转向后进入接收器1。当干涉仪的动镜部分做连续移动改变光程差时，干涉图的连续变化将被接收器接收，并被记录系统以一定的数据间隔记录下来。另外在零光程附近，操作者可以通过观察窗在接收器1的端面上看到白光干涉的彩色斑纹。92.系统内置的参考光源为He-Ne激光器，利用其突出的单色性对其它光源的干涉图进行位移校正，有效的修正了扫描过程中由于电机速度变化造成的位移误差。3.

4、在这套实验装置中留有测量外光源的功能，外置光源可以由用户自行配置，当使用外置光源时只需将光源转换镜拨至“其它光源”位置后关闭钨灯电源即可。4.在实际的仪器中，光源都不可能是理想的点光源，为了保证有一定的信号强度，实际上要采用具有必要尺寸的扩展光源，但光源尺寸过大会造成仪器分辨率下降，复原光谱波数偏移等问题。所以使用扩展光源要保证以下3点：1、不明显影响仪器分辨率指标；2、扩展光源尺寸必须保证光谱的波数偏移值在仪器波数精度允许范围内；3、干涉文的对比度仍能达到良好状态。在此傅里叶变换光谱实验装置中，具备一套光阑转换系统，经过严格计算，提

5、供有8档光栏可供选择。在实验过程中，根据待测光源辐射光的强度去选择合适的光阑即可。图1.XGF-1型傅里叶变换光谱仪的总体结构图2.XGF-1型傅里叶变换光谱仪外观9图3.XGF-1型傅里叶变换光谱仪外观（二）.XGF-1型傅里叶变换光谱实验装置光路调整傅里叶变换光谱对实验装置的光路系统要求十分严格，在运行一段时间以后，特别是在受到一些意外振动以后，其中的某些部分可能出现磨损、松动的情况。这样实验中可能在采集干涉图时会有一些不正常的情况出现，比如干涉图的干涉幅度过小、干涉图中有意外的调刺出现、干涉图出现不规则的能量起伏等情况。可按下列

6、方法进行调整。在仪器受到严重振荡后导致仪器光路受到破坏，按照方法1进行调整；如果仪器运行一段时间后，出现上述情况可按照方法2进行调整。光路调整方法1：1.1调整所需工具：1.十字改锥2.M4内六方扳手3.扩束镜4.光靶1.2.准备工作1.确认实验装置的电源已经关闭2.分别拆下实验装置左右两侧面的螺钉、外光源入口和换灯手钮后，就可以将实验装置的上盖揭开。除下上盖时要小心提起，注意操作面板下有电路接头。小心地摘下接头后，将上盖移走。移走上盖后，再卸下罩在光路上的观察窗，此时整个光路部分就呈现出来了。1.3.傅里叶变换光谱实验装置光路图1-

7、外置光源2-内置光源（溴钨灯）3-可变光阑4-M3目镜5-M2平反镜6-精密平移台7-慢速电机8-M4动镜9-分束板10-补偿板11-M5定镜12-M6会聚镜13-接收器114-参考光源（He-Ne激光器）15-M8半透半反镜16-M745平反镜17-接收器218-M1转镜机构91.4光路调整：迈克尔孙干涉仪的调整：第一步、先将4部分拆除移走，将14（参考光源）放置到原来4的位置，调整激光方向使光点依次通过底板上的定位孔的垂直位置入射到定镜的中心位置，其光路中心高50mm，这一步完成后激光部分固定。第二步、调整动镜和定镜的位置，分别让

8、它们的反射光能够顺利进入17。第三步、调节干涉仪的干涉，这一步具体操作细节可参照迈克尔孙干涉仪调整，最终使干涉仪的出射光的干涉中心进入14第四步、粗略寻找光程差零点，按照使干涉环收缩的方向手动旋转6后的蜗轮。观察干涉条纹