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1、傅里叶变换光谱仪及其在激光雷达中的应用分析报 告 人 ：*小组成员：*主要内容主要内容 光谱仪简谱仪简介 傅里叶光谱仪谱仪的工作原理 傅里叶光谱仪谱仪的应应用 傅里叶光谱仪谱仪的特点 傅里叶光谱仪谱仪的发发展趋势趋势光谱仪光谱仪第一代：棱镜棱镜色散型光谱仪谱仪分辨率低，对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。分辨率低，对温度、湿度敏感，对环境要求苛刻。第二代：光栅栅色散型光谱仪谱仪采用先进的光栅刻制和复制技术，提高了仪器的采用先进的光栅刻制和复制技术，提高了仪器的分辨率，拓宽了测量波段，降低了环境要求。分辨率，拓宽了测量波段，降低了环境要求。具有宽的测量范围、高测量精度、高分辨率以及具有宽的测量范围
2、、高测量精度、高分辨率以及快的测量速度。快的测量速度。第三代：傅立叶变换变换光谱仪谱仪棱镜光谱仪棱镜光谱仪光栅光谱仪光栅光谱仪色散型光谱仪色散型光谱仪 用迈克尔逊双用迈克尔逊双光束干涉仪记录下光束干涉仪记录下干涉图干涉图；再借助于；再借助于傅里叶余弦变换傅里叶余弦变换获获得光源的辐射得光源的辐射功率功率谱谱分布的方法，称分布的方法，称为为傅里叶变换光谱傅里叶变换光谱学学。相应的仪器称。相应的仪器称为傅里叶变换光谱为傅里叶变换光谱仪。仪。傅里叶变换光谱仪傅里叶变换光谱仪装置图装置图傅里叶变换光谱仪傅里叶变换光谱仪傅里叶光谱仪的工作原理傅里叶光谱仪的工作原理当光源为单色光时探测器接收到的光强为当光
3、源为单色光时探测器接收到的光强为: : 2cos1cos100III22x2相位差：相位差：光程差：光程差：当光源为复色光时，设其亮度当光源为复色光时，设其亮度为为 B探测器接收到的光强为探测器接收到的光强为: : dBIdBI002cos2cos1 可以看出探测器接收到的光强是光源的傅可以看出探测器接收到的光强是光源的傅里叶积分里叶积分。记录下干涉图记录下干涉图 I并作傅里叶余弦变换并作傅里叶余弦变换就可得到任何波数处的光强。就可得到任何波数处的光强。 dIB2cos dBII02cosa.被测测光为单为单色光光源b.被测测光为为波数数不同的两种单两种单色光傅里叶光谱仪系统图傅里叶光谱仪系统
4、图傅里叶光谱仪的分类傅里叶光谱仪的分类时间调时间调制型空间调间调制型（三角共路型，双双折射型）关键技术及指标关键技术及指标1.1.光谱分辨率光谱分辨率 系统刚好能够分辨的两条谱线的波数系统刚好能够分辨的两条谱线的波数差差, ,就是仪器的光谱分辨率就是仪器的光谱分辨率L1 上式表明，在傅里叶光谱仪中，其分辨上式表明，在傅里叶光谱仪中，其分辨率系统能够产生的最大光程差的倒数。率系统能够产生的最大光程差的倒数。数数据处处理流程图图2.2.切趾切趾 dIB2cos0被测光的光谱图是探测的光强的傅里叶变换被测光的光谱图是探测的光强的傅里叶变换 理论上，傅里叶变换的积分限为无穷大。但实际仪器中理论上，傅里
5、叶变换的积分限为无穷大。但实际仪器中光光程差总是有限的程差总是有限的。这就造成输出光谱。这就造成输出光谱有较大的旁瓣起伏有较大的旁瓣起伏。b.单单色光变换变换光谱谱a.单单色光干涉图图解决方法切趾就是将主峰两侧的脚趾切除掉。要实现这个目的，就要切趾就是将主峰两侧的脚趾切除掉。要实现这个目的，就要用一个切趾函数截取干涉图。用一个切趾函数截取干涉图。a.单单色光干涉图图三角函数数切趾示意图图b. 切趾后光谱图谱图（ sinc2函数数）-LL常用窗函数：常用窗函数： HammingHamming窗窗HanningHanning窗窗Rife-VincentRife-Vincent窗窗BlackmanB
6、lackman窗窗傅里叶变换变换光谱仪谱仪在激光雷达达中的应应用分析定镜动态镜动态准直拉曼光谱仪谱仪系统结构统结构示意图图b.仿造鸡鸡血石的拉曼光谱谱a.天然鸡鸡血石的拉曼光谱谱海洛因的拉曼谱图谱图罂罂粟碱碱的拉曼谱图谱图奶粉的拉曼谱图谱图洗衣粉的拉曼谱图谱图血液在He-Ne 激光诱导诱导下的荧荧光光谱谱傅里叶光谱仪的特点傅里叶光谱仪的特点1.1.高分辨率，高分辨率，2.2.高高信信噪比噪比，3.3.多通道，多通道，4.4.宽的光谱范围宽的光谱范围。1.1.体积庞大，体积庞大，2.2.价格昂贵，价格昂贵，3.3.机械精度机械精度高，高，4.4.需要扫描时间，实时性不好。需要扫描时间，实时性不好。优点优点缺点缺点发展趋势发展趋势- 微型化微型化 为了克服傅里叶光谱仪体积大成本高的为了克服傅里叶光谱仪体积大成本高的缺陷，很多人都致力于傅里叶光谱仪微小型缺陷，很多人都致力于傅里叶光谱仪微小型化的研究。化的研究。 微型光谱仪与普通的光谱仪相比具有很微型光谱仪与普通的光谱仪相比具有很大的优点，它除了具有微小型、低成本、易大的优点，它除了具有微小型、低成本、易于实现模块化，还具有耐用、紧凑、易于校于实现模块化，还具有耐用、紧凑、易于校准、抗震动、抗环境温度压力变化影响等。准、抗震动、抗环境温度压力变化影响等。Thank YouThank You！