当前课程知识点：光电仪器设计 > 第5章 光谱仪 > 5.5 傅立叶变换光谱仪 > 5.5 傅立叶变换光谱仪
大家好
这节课我们介绍
另外一种形式的光谱仪
傅立叶变换光谱仪
我们先来看一下
色散型光谱仪存在的问题
一般来说既然测量光谱
就需要有分光元件
那么为了保证光谱分辨率
色散光谱仪使用了狭缝
狭缝越小 分辨率越高
但是光能就少
那么光能和分辨率
成了不可调协的矛盾
是否可以没有狭缝
而用一个探测器
来同时测量不同的光谱呢
这就是我们
将要介绍的傅立叶变换光谱仪
我们先来看一下
傅立叶变换光谱仪的原理
这个是一个白光的干涉仪
那么当动镜动了以后
我们就可以测到
这样一个干涉信号的拍
如果我们在这个干涉仪里面放了样品
那么这个时候当动镜移动的时候
这个拍就会变成这样了
为什么变成这样
实际上就是说不同波长
样品的吸收是不一样的
那么如果我们把这个变化了的拍
进行傅立叶变换
然后就得到了这样的光谱图
这里说的是一个简单的原理
下面我们再详细看一下
这个傅立叶变换光谱仪的原理
比如说
有一个多色光入射到干涉仪上
那么不同波长对应的干涉条纹周期
是不一样的
那么这时候也就是说
如果我对这个干涉信号
进行傅立叶变换
就得到了不同频率的光
那么这个不同频率的光
反傅立叶变换实际上也就是对应的
不同的干涉条纹的周期
那么我把这些不同干涉条纹的周期
给它加到一起
就得到了这样的拍
那么如果放进去样品以后
拍就变形了
那么我们把变形的拍进行傅立叶变换
就得到了不同频率
那么这个频率的幅值
也就是说这个频率上
它的强度的大小是不一样的
这就是傅立叶变换光谱仪的原理
那么我们再来看一下它的光路
这是一个非常古老的
傅立叶变换光谱仪的光路
实际上是这样的
光线先入射到分光镜上
然后一部分入射到动镜上
一部分入射到固定的反射镜上
然后进行干涉
这里面想说的是呢
这两个镜子
实际上不是我们说的透镜
而是凹面镜
因为在光谱仪里面
实际上
是不希望有这种玻璃的光学元件的
因为它有色散
所以一般的呢
都是用的凹面镜
来代替我们说的透镜
那么在这里头放入样品
如果这个时候动镜移动了
那我们就会得到之前所说的拍了
这里面要说的另外一件事是
为了把这个干涉仪给调出来
我们会引入一个可见的氦氖激光器
因为这是一个宽光谱的干涉系统
它的相干长度特别小
所以调起来挺困难的
那么引入了一个氦氖激光器
来进行辅助的调整
也就是说先用氦氖激光器
把这干涉仪大概给调出来了以后
然后再用我们需要测的
这个红外光来照射这个干涉仪
这个氦氖激光器它有哪些作用呢
除了调整光路以外
它还可以进行测距
也就是说测量这个光谱仪动镜移动的距离
它还可以反馈控制
我这个动镜移动过程中
如果有一些位置误差或姿态误差
来控制它的姿态
当然这个光谱仪是比较古老的
实际上现在已经用得不是很多了
一般的光谱仪里面
可能会用这种角锥棱镜来代替平面镜
来克服这个移动过程中
姿态变化引入的误差
这里面要注意的主要就是这个动镜
它的姿态
它的移动范围
它的移动间隔
都直接影响了
光谱仪的测量分辨率和测量精度
我们来看一下样品透过以后
是什么样的光
一般在用
这个傅立叶变换光谱仪测量的时候
是需要先不放样品
先测一下背景的干涉图
比如说长这样
然后把样品放进去干涉图就变了
然后我们对这两个干涉图
都进行傅立叶变换
然后呢再进行相除
最后把背景扣除掉
剩下的就只是我们样品的光谱
当然傅立叶变换光谱仪
还有其他的形式
刚才说的那个形式呢
因为它实际上测量臂
和参考臂是不共路的
而且也不是很稳定
那么这种形式呢
它不是通过移动
而是通过转动
来改变干涉信号的光程差的
比如说这样
这个是一个测量臂
这是参考臂
那么它们俩在这儿干涉
当它转起来的时候
实际上测量臂的光程就会增加
参考臂的光程就会减小
实际上这时候呢
干涉条纹就会一个一个冒出来
这边这个也是另外一个
通过转动来改变光程的
就是说这里头不需要扫描了
只要转动就可以了
它的稳定性比扫描更好一些
下面我们小结一下这节课的内容
傅立叶光谱仪因为没有了狭缝
好多波长一起探测
那么人多力量大
提高了信噪比
它在一定程度上解决了光谱分辨率
和检出限的矛盾
它是通过对宽光谱干涉信号的傅立叶变换
来获得不同波长的强度信息的
但是为了获得这样的宽光谱
需要有测量臂进行扫描
实际上它是通过牺牲时间
来获取更多的光强
但是扫描就存在了问题了
扫描的时候有的时候扫描镜
会发生晃动
那么这时候晃动也导致了
傅立叶光谱仪它的稳定性并不是很好
所以现在的傅立叶光谱仪
主要用在测量红外波长的光
因为波长长
它对这些动镜的误差不是很敏感
换句话说
傅立叶变换光谱仪
它的分辨率一般
但是它对弱信号的探测
还是很不错的
所以用它来看这个物质是否有无
解决有无的问题还是挺好的
我们知道了傅立叶变换光谱仪的原理
那么它有哪些参数呢
这些参数又该如何计算呢
这个我们下节课再讲
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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