当前课程知识点：光电仪器设计 > 第5章 光谱仪 > 5.7 外差型傅立叶变换光谱仪 > 5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
大家好
这节课我们简单介绍一下
外差的傅立叶变换光谱仪
目前还没有这样的仪器
所介绍的方法主要来自于研究论文
我们知道傅立叶变换光谱仪的本质
是一个宽光谱的干涉
根据我们前面介绍的外差干涉的知识
我们知道如果用外差干涉
那么可以通过和参考信号比相
来提高测量精度
那么能产生外差信号的元件有什么呢
比如声光调制器
压电陶瓷 扫描光栅等等
如何检测外差干涉信号呢
我们知道有相位卡和锁相放大器
下面我们来看如何把外差干涉技术
用到傅立叶变换光谱仪中
下面我们来看一下基于声光调制的
外差傅立叶变换光谱仪
这个是一个宽带光源
而这两个是声光调制器
它是产生外差信号的
那么宽带光源经过声光调制器以后
入射到这两个球面镜上
因为这个宽带光源
它含有很多个波长的成分
所以经过声光调制器以后
它的不同波长它的衍射角
实际上是不一样的
所以它就散开了
就像这个红的黄的绿的这样表示
那么如果我要是把这个球面镜
放在使得球面镜的中心
正好在声光调制器的中心这个位置上呢
那么它反射的光
在经过声光调制器以后
就被接收了
这时候接收到的
实际上是一个外差的干涉信号
但是现在有这么一个问题
如果我要移动这个球面镜进行扫描
那么这时候球面镜的球心
就不在声光调制器的中心了
那么这时候实际上就产生了误差
另外一种解决方案
就是不用声光调制器来产生外差信号
那么用什么呢
用光栅
如果光栅沿光栅平面内
垂直于栅线方向扫描
那么光栅每移动一个周期
第m级衍射光的相位
会变化m个周期
如果考虑光栅的周期为d
那么入射光入射到光栅上
相距d的两条光线
它就有一定的相位差
从光栅衍射以后
衍射光的波面也有一定的相位差
那么根据光栅方程
就可以知道入射光和衍射光的相位差
刚好是m乘以λ
因此可以用扫描光栅的方式来进行调制
产生外差信号
下面我们看一下基于光栅外差调制的
傅立叶变换光谱仪
这个是个样品
如果光照射到样品上
然后样品的散射光就入射到光栅上
然后光栅再发生衍射
光栅的衍射光被一个抛物面镜准直
变成平行光
那么这个时候如果其中一个平行光
入射到平面镜上
这个平面镜扫描 我们就可以得到了
这个傅立叶变换光谱
那么这时候怎么调制呢
调制我们是靠移动这个光栅
让这个光栅沿光栅面
并且垂直光栅栅线方向移动
那么这时候我们就可以得到外差信号了
那么有一个参考信号 有一个测量信号
输入到锁相放大器
就可以把测量信号提取出来了
参考信号的产生可以是用另外一束光
去照射到光栅上
而这束光不照射到样品上
来产生参考信号
那么我们看这是一个实际的例子
如果我要是直接测量的话
我测不到光谱
测到的是一片噪声
但是如果我经过刚才说的外差调制
我就可以把这个很漂亮的拍
给提取出来
那么这个拍的光谱分布
就如这个红色所示
而如果不用外差调制的话
那么这时候的光谱分布
是如这个蓝色所示
所以显然如果用了外差以后
它的信号还是干净很多的
这里面想要说的是
就是如果我要是用外差做干涉的话
那么这时候调制元件比如说光栅
它的衍射效率
直接影响了我的测量信号的强度
本来用外差探测是挺好的事儿
但是因为光栅的衍射效率
使信号本来就不强
它就变得更弱了
所以这时候外差探测有点得不偿失
所以这个也是目前
外差的傅立叶变换光谱仪
并没有普及的原因之一
下面我们小结一下这节课的内容
设计外差的傅立叶变换光谱仪的关键
是要考虑多光束的色散问题
或者说要求扫描臂在平行的光路中
进行扫描
当然也需要调制元件
有比较大的光谱范围
目前外差傅立叶变换光谱仪存在的问题
就是调制元件的光谱覆盖范围不够大
比如说用光栅调制
那么光栅的衍射效率
在很大程度上会导致信号强度的降低
如果能用产生外差的宽光谱进行干涉
那么用锁相放大进行鉴相
就可以提高测量精度了
以上说的傅立叶变换光谱仪
是需要扫描的
那么扫描需要时间
如果我想测量快速运动的物体
那么该怎么办呢
这点我们下节课再讲
这节课就到这儿 谢谢
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
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-期末答疑
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