傅立叶变换分光计

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[拼音]:Fuliye bianhuan fenguangji

[英文]:Fourier transform spectrometer

一种新型的光谱仪器。它和常规的稜镜式及光栅式分光计不同,没有用色散元件构成的分光系统。根据双光束干涉理论,在光源亮度的光谱分布B(σ)和由此光源得到的双光束干涉的干涉图函式I(墹)之间存在著傅立叶变换关系。这关系的基本表示式为

式中I(墹)是干涉光强随两干涉光束间程差变化的曲线。傅立叶变换分光计就是运用这种关系,连续改变光程差墹并记录干涉图函式 I(墹),尔后进行变换计算而得到光谱B(σ)的。根据这样的原理构成的分光计其框图示于附图。它的核心是迈克耳孙干涉仪。干涉仪包含各种频率成分的入射光分为两束分别投到固定镜M1和动镜M2上,经反射后返回相遇并互相干涉。探测器 D上接收到的干涉光强讯号不仅和入射光中所包含各频率成分的讯号大小有关,而且随两光束间程差墹的变化而变化。动镜以匀速υ连续移动,探测器D不断把变化的光讯号转换为电讯号输出,经放大器放大,再经模-数转换后输入计算机进行计算。

实际上,对I(墹)-墹变化曲线只能逐点取样,这相当于对干涉图函式进行抽样使离散化,因而要以离散傅立叶变换来代替前述的表示式。取样点的间隔 h根据抽样定理,不使变换后的光谱产生混叠的原则确定。其次,光程差墹也只能在有限范围内变化,这相当于干涉图被截尾。综合考虑这二点,计算机实际上是根据下式来控制取样并进行变换计算的

式中N=墹/h ,代表在光程差从0到墹范围内,以h为间隔对干涉图取样的点数。为保证取样间隔h相等,近代的傅立叶变换分光计中都用一套氦氖镭射干涉定位装置,连续地测量动镜M2的位置,并把相应的讯号输入计算机。

傅立叶变换分光计的突出优点是:

(1)多路性优点,即用一个探测器同时测量所有的光谱元,与多通道测量情况相当。当用和常规光谱仪测量整个光谱所用的时间nt进行测量时,每个光谱元的测量时间均为nt,较常规仪器所用的时间t大n倍;从而使信噪比提高

倍。

(2)高通量优点,因为没有狭缝的限制,在解析度相同的条件下,通过仪器的光通量比常规光谱仪器约高2个量级。

(3)高分辨本领,它的理论分辨本领决定于两相干光束间能达到的最大光程差,分辨极限

。目前世界上解析度最高的傅立叶变换分光计,最大光程差达6m,δσ=0.9×10-3cm-1,接近多普勒线宽。而用稜镜或光栅是难以达到这样的分辨本领的。

因此,傅立叶变换分光计得到了广泛的应用,已发展成精密光学、机械、电子与计算机技术结合的完善的仪器,不仅用于红外、远红外光谱学研究,而且成为日常的分析测试手段。仪器的工作光谱范围也在向可见区扩充套件。

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