红外傅里叶变换光谱在化学上的应用

(一)红外傅里叶变换光谱(FT-IR)的特点 1.FT-IR FT-IR是利用干涉谱的傅里叶变换取得红外光谱的技术,被变换的干涉谱是双光束Michelson干涉仪当光束间光程差从零变到一些极大值时的记录。FT-IR系统是由Michelson干涉仪和计算机组成的,它是多路技术、干涉量度技术和变换技术的结合体。这里,光谱是通过数字变换复原的量,而干涉谱才是原始测量的量。当光源的发射为复色辐射时,干涉谱为:     

干涉調頻光譜学

一、概述利用能产生高级次干涉的干涉仪来获得光谱的方法称为干涉光谱方法。这类光谱方法,按其光学技术,主要的有空间分光和调制频率(下简称调频)的分光两种。前者系将不同波长的各光谱元分布在空间的不同方向或位置,如用于研究光谱超精细结构的法卜利-白洛干涉仪等;后者系在双光束干涉仪中使相干光束间的位相差连续改变和同步地记录下表示由此改变而在中央条纹上产生的光强度变化的一条曲线——干涉图,然后作出表示此干涉图的函数的傅里叶余弦变换即得光谱。这样的光谱称为傅里叶光谱,对相应的光谱方法的研究构成傅里叶光谱学。由于傅里叶光谱学,在光学技术     

光学数据处理的傅里叶变换分光光度计

本文提出了用光学处理器完成干涉图的傅里叶变换,从而实现全光学的傅里叶分光光度计的新技术.主要步骤是:1.获得待测光源时域的干涉图信号;2.利用电光调制技术实现干涉图信号的时-空转换;3.用光学处理器完成空域干涉图信号的傅里叶变换,得到待测光源的光谱.     

傅里叶变换光谱仪用于白光光谱测量的实验设计

傅里叶变换光谱仪通过迈克耳孙干涉仪中双光束干涉强度与光程差变化之间的函数关系获得光源的光谱信息.基于自制的傅里叶变换光谱仪,利用光敏电阻和数据采集系统记录动镜沿镜面法线方向匀速运动过程中白光干涉图像的强度变化,得到了白光的相干长度,同时对干涉光强随光程差的分布函数进行了傅里叶余弦变换,得到了被测白光光源的光谱分布.     

弹光调制傅里叶变换光谱技术研究

为进一步提高弹光调制傅里叶变换光谱仪光谱分辨率,提出了一种折返式弹光调制干涉仪结构,该结构通过在弹光晶体前后表面镀制相互交错的的全反射膜,并让入射光线以约10°的倾斜角入射,使得被测光束在晶体内部产生多次反射,增大光在干涉仪中的传播距离并提高了调制光程差。建立了折返式弹光调制傅里叶变换光谱仪干涉-光谱反演数学模型,并在此基础上设计搭建了相应的前置收集光系统,并进行了激光光源和氙灯光源的遥测实验,实验所得干涉条纹清晰、稳定,结果表明,所设计的多次反射式弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率达到13 cm-1,且该方案使得光线在晶体内部产生反射,降低了光能损失,保证了系统性噪比。最后的光谱反演结果表明,所设计光谱系统的技术可行,为后续的样机研制以及光谱、辐射标定等工作奠定了基础。     

基于激光驱动等离子体光源的近红外傅里叶变换光谱系统

近红外傅里叶变换光谱仪作为一种常用的科研级近红外光谱检测仪器,广泛应用于各个科研领域。目前的近红外光谱仪着重于光谱分辨率方面的提升,在光谱信噪比提升方面关注较少。光谱信噪比直接影响光谱线指数测量精度的优劣,光谱信噪比越高,光谱线指数测量精度越高,越有利于对微量物质进行精细光谱比对。因此,提升光谱仪的光谱信噪比是十分必要的。对比常用的钨灯光源,激光驱动等离子体光源(LDLS)不仅在近红外区域具有高光照强度的优点,而且其独特的高频调制输出信号在经锁相放大器调制解调后能够很好的抑制背景信号对干涉光谱所带来的影响。高亮度与辐射调制的结合使得以LDLS作为光源的近红外傅里叶变换光谱系统在光谱信噪比方面获得显著提升。基于上述原因,提出利用新型激光驱动等离子体光源作为光谱信号输出源的近红外傅里叶变换光谱系统,并与含有调制能力的钨灯光源搭建的近红外傅里叶变换光谱系统进行了信噪比的比较实验。首先利用钨灯光源由斩波器高频调制再经过锁相放大器解调的方式,对锁相放大器积分时间进行优化并通过计算干涉光谱信噪比进行评估,分别对比了积分时间为0.5,1,5,10和20 ms的干涉光谱信噪比与对称度,确定后续系统中的锁相放大器最佳积分时间为5 ms,该状态下钨灯光源所实现的干涉光谱信噪比经计算约为90∶1;其次利用激光驱动等离子体光源代替钨灯光源和斩波器,在最佳积分时间下进行干涉光谱信噪比对比评估,结果表明激光驱动等离子体光源的干涉光谱信噪比与传统钨灯光源相比提升111倍;最后,利用近红外标准片对系统进行光谱测量准确性评估,结果表明利用该光源的近红外傅里叶变换光谱系统的近红外吸收峰值误差<0.5 nm,具有高光谱准确性与分辨能力。     

Fourier Spectrometer based on Wide-range and Phase-locked Michelson Interferometer with Femtosecond Laser Excitation

介绍了一种大行程相位锁定迈克尔逊干涉仪技术的实现与特性,采用飞秒激光为光源与此技术结合对稀土离子光谱进行了测量,实现了大行程的相位锁定高信噪比干涉图的采样,其傅立叶光谱分辨率明显优于利用岛津uv-3101pc分光光度计得到的吸收光谱,而且包含更加丰富的能级演化信息.     

干涉调频光谱学

一、概述利用能产生高级次干涉的干涉仪来获得光谱的方法称为干涉光谱方法。这类光谱方法,按其光学技术,主要的有空间分光和调制频率(下简称调频)的分光两种。前者系将不同波长的各光谱元分布在空间的不同方向或位置,如用于研究光谱超精细结构的法卜利-白洛干涉     

付里叶变换红外辐射光谱的性质及其测量方法

本文介绍了付里叶变换红外(FT-IR)光谱的原理,以及利用5-DX FT-IR光谱仪进行辐射测量的方法。讨论了样品自吸收效应、加热温度,选择性反射带和粒度等物理条件对红外辐射光谱的影响。     

紫外傅里叶变换光谱仪干涉图数据处理

阐述了干涉图数据处理方法 ,采用紫外傅里叶变换光谱仪实验测量了汞灯光谱干涉图。使用四阶Blackman Harris窗函数作为切趾函数 ,采用最小二乘法拟和多项式对光源傅里叶变换光谱进行相位校正 ,获得了高精度的Hg紫外发射光谱     

扩展光源对微型FTIR光谱复原的影响分析

分析了基于多级微反射镜的傅里叶变换红外光谱仪(FTIR-FOurier transform infrared spectrometer)中扩展光源对光谱复原的影响,计算了干涉强度与光源立体角之间的关系.分析表明,扩展光源存在的立体角导致系统的相干长度变短,光谱分辨率降低.当扩展光源的立体角小于0.001时,系统的分辨率...     

空间外差光谱仪干涉图数据处理

空间外差光谱技术是一种新型的超分辨光谱技术。介绍了空间外差光谱仪的基本原理,并针对其特点提出了干涉图数据处理的方法。首先通过一阶差分对干涉图进行去基线处理,然后使用三角函数作为切趾函数对干涉图进行切趾,并对傅里叶变换光谱进行相位校正,最后采用已知双线光源对空间外差光谱仪原理试验装置进行波长定标。文章以Na双线与Hg谱线进行波长定标,得到了波长定标曲线。通过以上的方法对空间外差光谱仪干涉图数据进行处理,能有效地提高干涉图反演光谱的精度。     

空间外差光谱仪干涉条纹调制度影响分析

空间外差光谱仪(SHS)所获取的干涉图像需经过傅里叶变换才能得到光谱信息.频域光谱的信噪比和光谱信号的质量很大程度上取决于干涉条纹调制度.针对干涉条纹调制度的影响因素进行了定量理论分析,包含分束器分束特性、光学系统像差(干涉组件面形误差、准直镜头输出面形误差及成像镜头调制传递函数曲线)、扩展光源及像元大小等.实验证明,空间外差光谱仪样机复原光谱实测结果与理论计算一致性较好,对干涉条纹调制度的定量分析为干涉型光谱仪各功能组件的设计提供了理论依据.     

双边带付里叶交换方法的改进

本文提出了一种利用单边带算法来计算双边带干涉图的付里叶变换方法,给出了它对理论上模拟的干涉图函数和实际干涉图的变换结果。并将此结果同双边带方法以及传统的单边带方法(Forman法)的变换结果进行了比较,结果一致性很好,而且其计算速度比双边带和Forman法快,并保持了噪声的线性随机性,因而这种新方法具有较大的实用价值。     

便携式紫外-可见分光光度计的设计

介绍了一种便携式紫外-可见分光光度计的设计方法,该方法采用平场凹面全息光栅及Hamamatsu图像传感器S3904-1024Q为核心设计了小型化的色散系统;将多股光纤的一端排列成长方形直接作为入射狭缝,解决了光谱带宽与光源能量利用率之间矛盾的问题;采用触摸屏作为仪器的输入与输出设备及集成化的小型光纤光源作为仪器的光源。实验结果表明,采用该种方法设计的紫外-可见分光光度计体积小(190 mm×170 mm×100 mm)、操作简单(触摸屏操作)、可以多波长同时在线测量、技术指标符合国家标准。     

宽谱光源光谱相干度的仿真研究

以傅里叶变换为基础 ,研究了具有任意谱形的宽谱光源的相干函数并实现了通用的宽谱光源相干特性仿真算法。计算了应用于干涉式光纤陀螺的各种宽谱光源的相干特性 ,分析了不同谱形以及光谱平滑度对光谱时间相干性的影响。对于宽谱光源 ,此法可以全面准确地仿真其相干特性。     

毛细管的GC-FT-IR对一些农药混合物的研究

付里叶变换红外(FT-IR)光谱仪的高速度和高灵敏度的优点使它能接到毛细管气体色谱上并完成高速运转的GC-FT-IR实验。同时带有数据收集的FT-IR数据系统,能够由红外数据来重建色谱的程序。这些色谱程序可以是克-施密特数或是官能团。在数据收集处理的终了,记录下的各种色谱成分的光谱可以根据气相红外数据检索出来。     

光纤傅里叶变换光谱仪干涉图的对称化处理

偏离中心条纹的抽样以及光纤干涉仪的缺陷引起光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)输出的干涉图不对称,导致由傅里叶余弦变换计算得到的光谱带有相位误差,影响光谱的线型。文章首次将卷积方法应用到光纤傅里叶变换光谱仪中干涉图的对称化处理,利用干涉图的中心部分计算出相位误差,通过傅里叶变换得到了对称化处理函数,用卷积运算在时域完成了光谱的相位误差校正。实验研究表明,在FFTS中该方法能在时域有效地实现干涉图对称化,校正了光谱的相位误差。该方法不仅克服了双边干涉图的缺点,而且校正的结果有较高的准确度。     

空间调制干涉光谱成像仪的星上定标系统稳定性研究

空间调制干涉光谱成像仪对地物光谱辐射信息以目标像元干涉图的形式进行采集,系统定标后,复原的光谱图能定量地反映地物目标实际对太阳光的漫反射特性。分析了空间调制干涉光谱成像仪的定标原理,经计算推导和实验,介绍了空间调制干涉光谱仪的星上定标系统,并进行了实验室光谱测试和航天元件的多种环境测试,解决了空间调制干涉光谱仪星上定标技术的关键组件定标光源、光谱滤光片、积分球组件的技术难点,对定标卤钨灯进行了辐射稳定性测试,光谱滤光片进行了光学性能测试和粒子辐照试验,星上积分球组件进行了环境力学试验和热真空实验,均得到了较好的结果。通过全孔径、部分视场的相对光谱定标,能够得到星上定标光谱和干涉图,在经过不同条件下复原光谱比较后,证明此星上定标系统是稳定可靠的。     

基于傅里叶变换的光纤法布里-珀罗传感器解调研究

从双光束干涉的基本原理出发,分析了高斯分布光源条件下利用傅里叶变换解调光纤法布里-珀罗传感器的原理。针对高斯分布光源特点,提出直接对波长均匀采样得到的光谱数据进行快速傅里叶变换,然后利用传感器腔长与频域中峰值频率之间的关系求解传感器腔长的可行性。在此基础上,采用频谱插值技术提高了系统解调精度,并利用宽带光源和光谱仪等组成的解调系统,对所提出的方法进行了实验验证。结果表明,从实验中测得的数据与理论计算值能较好地吻合。