傅里葉變換光譜實驗研究

張?zhí)烀瘢?曲艷玲， 張 萍

(1.大連市輕工業(yè)學校培訓中心，遼寧大連116023;2.大連民族學院物理與材料工程學院，遼寧大連116600)

0引 言

邁克爾孫干涉儀［1-2］和傅里葉變換光譜儀是大學物理實驗教學中經(jīng)常使用的測量波長的儀器。傅里葉變換光譜儀利用了傅里葉光譜中存在的干涉圖和光譜圖間存在的變換關系，將得到的干涉圖進行傅里葉變換得到光源的輻射光譜，從而來測量波長。本文介紹傅里葉變換光譜實驗儀的原理［3-4］，并對測量結(jié)果進行了了鈉光和He-Ne激光的波長分析。

1 傅里葉變換光譜實驗原理

傅里葉變換光譜技術(shù)是利用邁克爾遜干涉儀對入射光進行干涉調(diào)制，采用探測器把干涉信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成為數(shù)字化的時域干涉圖，與入射光的光譜圖之間存在傅里葉變換關系，通過對干涉圖實施傅里葉逆變換，可獲得入射光的光譜信息［5-6］。

傅里葉變換過程實際上就是調(diào)制與解調(diào)的過程。調(diào)制過程由邁克耳孫干涉儀實現(xiàn)，設有一單色光進入干涉儀，它將發(fā)生等傾干涉，形成圓環(huán)形干涉圖樣，干涉后的光強值為

其中:x為光程差，它隨動鏡的移動而變化;δ為單色光的波數(shù)值［7-8］。由于傅里葉變換可逆，如果待測光為連續(xù)光譜，那么可以算出干涉后的光譜強度分布為

連續(xù)改變干涉儀的光程差，利用光電元件可以記錄干涉儀中射出的可變光輻射通量［9-10］，得到干涉圖函數(shù)。對干涉圖作傅里葉余弦變換，就可得到任何波數(shù)的輻射光強度。

傅里葉變換光譜實驗裝置如圖1所示，數(shù)據(jù)處理部分主要采用Matlab中的快速傅里葉變換(FFT)之蝶型算法［11-12］。

圖1 傅里葉變換光譜實驗裝置

2 實驗結(jié)果

將傅里葉變換光譜儀調(diào)好，設定光欄直徑為3.0 mm，由于鈉燈光強較弱，選定采集時間設置為10 min，待測光源放大倍數(shù)為“×16”檔，得到鈉燈的干涉圖和光譜圖，如圖2和圖3所示。測得鈉燈的波長為589.2 nm和589.8 nm。也用同樣的方式測得了He-Ne激光的光譜圖，如圖4所示。光欄直徑為2.6 mm，采集時間設置為7 min，待測光源放大倍數(shù)為“×8”檔，得到波長為632.6 nm。

圖2 鈉光干涉圖

圖3 鈉光光譜圖

圖4 He-Ne激光光譜圖

3 結(jié)語

對于鈉光波長進行測量［13-14］，邁克爾孫干涉實驗只能得到波長的大致平均值和波長差［15］，而傅里葉變換光譜儀可以適當?shù)卦黾硬蓸訒r間，測得鈉光的相近的2個波長589.2和589.8 nm。與實驗標準值比較得到測量的百分誤差分別為:

He-Ne激光波長的測量結(jié)果為632.6 nm。測量的百分誤差為

可見傅里葉變換光譜儀的測量結(jié)果在實驗誤差允許的范圍之內(nèi)，并能夠比較準確的測量波長。

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