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1、傅里叶变换（教学指导书）现代光学的一个重大进展是引入“傅里叶变换” 概念，由此发展成为光学领域内的一个崭新分支傅里叶变换光学。利用傅里叶光谱中存在的干涉图和光谱图的变换关系， 通过傅里叶交换的方法可以测定光源的辐射光谱。本实验意义在于进行傅里叶交换原理的演示。因此，我们将测量光谱范围设计在可见区(400800nm)并且光路部分设计为开放式，这样能够更深刻、直观地了解傅里叶变换光学的实现与应用。一、教学目的1、了解傅里叶变换光谱的基本原理。2、学会测量待测光的光谱图。二、教学要求1、实验两小时完成。2、了解 XGF- 型傅里叶变换光谱实验装置的结构、原理。3、测量溴钨灯光谱图。4、测量钠灯光谱图
2、。三、教学重点和难点1、重点、难点：了解傅里叶变换光谱的基本原理。四、讲授内容（约20 分钟）1、傅里叶变换光谱的基本原理？傅里叶变换过程实际上就是调制与解调的过程，通过调制我们将待测光的高频率调制成我们可以掌控、 接收的频率。 然后将接收到的信号送到解调器中进行分解，得出待测光中的频率成分及各频率对应的强度值。这样我们就得到了待测光的光谱图。下面介绍两个方程：调制方程：xdIxI2cos)()(解调方程：xdxxII2cos)()(调制过程： 这一步由迈克耳孙干涉仪实现，设一单色光进入干涉仪后， 它将被分成两束后进行干涉，干涉后的光强值为xdxI2cos)(，(其中 x 为光程差，它随动镜的
3、移动而变化，为单色光的波数值 )。如果待测光为连续光谱，那么干涉后的光强为xdIxI2cos)()(。解调过程：我们把从接收器上采集到的数据送入计算机中进行数据处理，这一步就是解调过程。 使用的方程就是解调方程， 这个方程也是傅里叶变换光谱学中干涉图光谱图关系的基本方程。对于给定的波数，如果已知干涉图与光程差的关系式)(xI，就可以用解调方程计算的这波数处的光谱强度)(I。为了获得整个工作波数范围的光谱图， 只需对所希望的波段内的每一个波数反复按解调方程进行傅里叶变换运算就行了。2、介绍仪器的结构（通过光路来介绍） ：图 1 傅里叶变换光谱实验装置光路图1外置光源 2 内置光源 (溴钨灯 )
4、3 可变光栏 4 准直镜 5 平面反射镜 6 精密平移台 7 慢速电机 8 动镜 9 干涉板 1 O 补偿板 11定镜 1 2接收器1 1 3参考光源 (HeNe 激光器 ) 1 4半透半反镜1 5 平面反射镜 1 6 接收器 2 1 7 光源转换镜 (物镜) 3、实验主要步骤？第一步：从“开始程序”中运行实验装置的应用软件。当进入系统后，首先弹出友好界面， 单击鼠标左键或键盘上的任意键，系统将显示工作界面， 同时弹出一个对话框显示仪器正在初始化。初始化结束后， 对话框消失。 界面上的状态栏显示“就绪”，这时系统将进入正式工作状态，等待用户的下一步指令。第二步：打开下拉菜单“工作参数设置”命令
5、，或单击工具栏上的“参数设置”按钮，进行采集前的参数设置工作，系统将打开“设置参数”对话框，。在“采集时间” 栏中，设置此次采集的采集时间 采集时间的确定直接影响到最终傅里叶变换得到的光谱图的分辨率，设定的采集时间越长则得到的光谱图的分辨率越高。例如钠光灯的钠双线波长分别为589.0nm和 589.6nm，由于两条谱线之间的距离只有O 6nm ，要求变换出的光谱具有优于O.6nm的分辨率，则我们在采集时间设置上就要大于6min。当然对于谱线分布情况未知的待测光源我们可以设定较为长一点的采集时间。在“待测光源放大倍数” 一栏中，我们为您预先设定了四个放大倍数档，分别为 x1、x2、x4、x8、x
6、16 五档。您可以根据待测光源的强弱选择合适的放大倍数。另外还可以和实验装置上的光栏选择配合使用。举个例子讲： 对于辐射能量较强的光源， 如果选择最小的放大倍数， 我们采集出的干涉图能量仍然太大而溢出的话，那么我们就应该将实验装置的光栏直径减小一些。“设置参数”对话框中的其他设置，可以根据需要自行设置。参数设置完毕后，单击“确定”按钮，进入下一步。第三步：单击工具栏上的“开始采集”按钮。系统将执行采集命令，并将采集到的干涉图数据在工作区中绘制成干涉图。第四步：在采集工作完成后， 系统将自行指挥扫描机构回复到 “零光程差点”位置( 注意，在这个过程中请不要强行退出软件或断电!) ，在系统执行上述
7、操作过程中，我们可以进行下一步的操作。第五步：单击工具栏上的“傅氏变换”按钮，将采集到的干涉图进行，系统将弹出对话框询问您要将哪一个寄存器内的进行数据傅里叶变换，如果您在工作介面中已经有几组干涉图的话，那么选择你想进行变换的干涉图，单击“确定”按钮。这时系统将会询问你想要采用哪种“切趾”函数进行切趾， 系统默认的切趾函数为“三角窗函数” 。单击“确定”按钮后，我们将得到干涉图变换后的光谱图。第六步：扫描机构回复到 “零光程差点” 位置之前，工具栏上的“开始采集”、“参数设置”和“退出”三个按钮呈灰度显示，这几项工作被禁止。等待扫描机构回复以后，我们才可以进行下一次扫描。完成上述操作步骤后， 这次实验的就结束了， 你可以选择继续进行下一次扫描或者退出，在退出应用程序之前，请将未保存的有用数据进行存储。4、注意事项（指导要点） ：1、在采集工作完成后，系统将自行指挥扫描机构回复到“零光程差点”位置这个过程中，不要强行退出软件或断电。2、对于 Na光的测量在采集时间上必须要在6 分钟以上。3、等待实验装置状态灯灭了之后，才能进行新的数据的采集或关掉仪器。
