4-2傅里叶变换光谱

1.自组傅里叶变换光谱仪。 2.测量常用光源的光谱分布。
二、实验目的
多数傅里叶变换光谱仪是Hale Waihona Puke Baidu于迈克尔逊干涉仪结构。
连续移动其中一个反射镜（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，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 图的傅立叶余弦变换，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里 叶变换光谱技术。
迈克尔逊干涉仪光路图
三、实验原理
根据光波叠加原理，若有两束单色光，他们的波数都是σ，传播方向和 偏振方向相同，光强都是I’，两光束间光程差为Δ，两束光相互叠加产生干 涉，得到的光强为：
I 4 I ' cos 2 ( ) 2 I ' 2 I ' cos(2)
若光源不是单色光，整个光谱范围内的干涉总光强为： 可得：
四、实验内容及方案
1、吕斯桦，朱印康主编。近代物理实验技术1。高等教育出版社，1991 2、母国光，战元龄等。光学。高等教育出版社，1979
REFERENCE
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四、实验内容及方案
（一）迈克尔逊干涉仪的调整 首先在透镜前放一个白屏，激光束打在分束镜上，调节平面镜背面的调 节螺丝，使白屏上的两个光点重合； 加入扩束镜，则可在白屏上看到干涉条纹。调节干涉仪的细调手轮和 M1下方的细调螺旋，调出圆弧状的等倾干涉条纹 ，旋动手轮，找到干涉条 纹向中心收缩的方向（中心区域变大），即为光程差减小的方向； 然后利用白光找到光程差为零的位置。现象是中心是暗条纹，两边是彩 色条纹。消除回程差。 （二）光谱测量 去掉白光灯，放入被测光源；调整参考激光光路，尽量减少两光路之 间的相互影响；连接计算机，打开数据采集软件，进行干涉图曲线采集； 采集完成后，进行数据处理和快速傅里叶变换，最后打印光谱图。
一、背景知识
2.傅里叶变换光谱仪是综合运用机械学、光学、电子学、计算机学、数学等 多个学科知识的一个良好范例。 3.傅里叶变换光谱实验的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。
一、背景知识
三、实验原理
四、实验内容及方案
实验基本过程： 1、首先利用激光调整迈克尔逊干涉仪，调出光的干涉条纹； 2、利用钨丝灯调出白光的干涉条纹，目的是找出光程差为零的位置； 3、去掉白光灯，放入被测光源，调整干涉条纹的方向和宽度； 4、调整参考激光光路，尽量减少两光路之间的相互影响； 5、调整电机转速，连接计算机，开始采集数据； 6、进行数据处理和傅里叶变换，输出光谱。
实验4-2 傅里叶变换光谱
一、背景知识 二、实验目的 三、实验原理 四、实验内容及方案 五、参考文献
OUTLINE
傅里叶变换光谱实验的特点： 1.傅里叶变换光谱技术是一项已获得了广泛的应用并且仍在飞速发展的技 术，是光谱学中三种主要的分光手段之一，具有高精确度、多通道、高通 量、宽光谱范围以及结构紧凑等优势，不仅在光源较弱的红外光谱区占据 了统治地位，同时在其他光波段，如紫外、真空紫外波段，高精度、高分 辨率、小型化的傅里叶变换光谱仪较之体积和重量庞大的光栅光谱仪在应 用上更为便利，在今天仍是人们研究的热点。
I c I ( )d c I ( ) cos(2 ) d
0


I ( ) c I ( ) co s( 2 ) d
0

0
三、实验原理
由傅里叶余弦变换，有
I ( ) c ' I ( ) co s( 2 ) d
0

因此，只要测出相干光束的干涉光强随光程差变化的干涉图函数曲线， 进行傅里叶变换计算，就可以得到相干光束的光谱分布。 光程差测量范围大小决定了傅里叶变换光谱的光谱分辨率。光程差的采 样间隔的大小决定了傅里叶变换光谱的光谱范围。如何实现高精度的等光 程差，采样间隔的选取是本实验的关键。
三、实验原理
提高精度思路: 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的变化曲线。 动镜移动速度会有波动，为此加入一条辅助标定光路：引入一个已知波 长的光源，让其通过光路，比较单色光干涉图函数曲线的疏密分布，推算 出光程差随时间改变的曲线。