第三次实验报告1

傅立叶变换光谱测量技术是一种广泛应用于光学领域，尤其是光谱分析中的方法。本实验报告聚焦于通过Python仿真来研究干涉波形在补零和加窗操作下的傅立叶变换光谱测量系统表现。实验的中心波长设为632.8nm。 一、实验目的： 1. 探究干涉图补零对傅立叶变换光谱测量曲线的影响，补零通常是用于提高频谱分辨率的一种手段。 2. 研究不同窗函数对干涉图补零后光谱测量曲线的影响，窗函数的选择可以影响频谱的侧瓣抑制和主瓣宽度。 3. 学习并应用Python进行不同条件下的光谱测量曲线仿真，Python因其强大的数据处理和图形可视化能力而被广泛用于科学计算。 二、实验原理： 1. 光谱分辨率是光谱仪的关键性能指标，用半峰全宽（FWHM）表示。在傅立叶变换光谱中，分辨率R与最大OPD（光程差）有关。理论上来讲，FTS的分辨率取决于可移动镜的最大扫描范围。根据矩形函数的干涉图模型，光谱从理想的δ函数扩展为sinc函数形状，从而影响分辨率。 2. 分辨率可以通过分离两个相近的光谱峰来度量。当两峰间下降幅度超过峰值的20%时，可以认为是成功分离。瑞利准则指出，当一个共振的最大值落在另一个共振的零点时，分辨率达到最佳。 3. 分辨率还与发散角度有关系。迈克尔逊干涉仪的OPD与夹角θ的关系影响了光谱的测量。对于扩展光源，干涉图会受到立体角的影响，导致光谱轮廓发生变化。 三、Python仿真： 实验中，采用Python进行仿真，可以模拟不同参数（如补零和加窗）对光谱测量曲线的影响。补零能增加采样密度，而加窗可以改善频谱的边带特性。不同的窗函数（如汉明窗、海明窗等）会有不同的效果，比如可以减少边带的振铃效应，但可能会牺牲一些中心频率的分辨率。 四、实验步骤： 1. 生成中心波长为632.8nm的干涉波形。 2. 对干涉波形进行补零操作，观察补零对傅立叶变换后光谱曲线的影响。 3. 应用各种窗函数，如矩形窗、汉明窗等，再次进行补零，分析不同窗函数对光谱曲线的影响。 4. 分析并讨论实验结果，解释观察到的变化趋势。 实验报告将详细记录这些步骤的结果，展示补零和加窗如何改变光谱测量的精度和分辨率，同时也会探讨这些变化对实际光谱测量应用的意义。通过这样的实验，学生不仅可以深化对傅立叶变换光谱测量技术的理解，还能提升使用Python进行科学计算的技能。