实验一光纤光栅光谱特性测试系统的设计 一．实验目的和任务 1．熟悉PC光谱仪的使用方法 2．了解光环行器的工作原理和主要功能。并测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数。 3．了解光纤光栅的光谱特性 4．应用PC光谱仪、光环行器测量光纤光栅的光谱特性 二．PC光谱仪 PC光谱仪是用来测量光源或其它器件经光纤输出的光的波长和能量的关系图（即光谱特性）。 图1.1 PC光谱仪的软件界面 本实验用的PC光谱仪的硬件是插入计算机ISA槽的ISA2000卡。该卡有一个光输入孔。测试波长范围为紫外-可见光-近红外。 PC光谱仪的软件界面如图1.1所示。 界面中，主要工具栏按扭介绍： 1．数据光标左移按扭，每点击该按扭一次，数据光标左移一个像素的距离。连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
2．数据光标右移按扭，每点击该按扭一次，数据光标右移一个像素的距离。连续点击该按扭，可以找到波峰位置。 3．开始/结束扫描波形按钮。第一次点击该按扭，开始扫描，显示出扫描波形，并且能感觉波形在动。再次点击该按扭，结束扫描，波形静止。 4．点击该按扭，增加波长显示范围，即水平方向缩小波形。如果要在水平方向放大波形，操作方法为：左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。 5．纵坐标自动调整按钮，如果波形出现削顶或者波形太低，左击该按钮，可以自动调整波形高度。右击该按钮，取消自动调整纵坐标操作。 6．计算按钮，点击该按钮，显示波形的中心波长、峰值波长、半最大值全宽等参数。 使用该PC光谱仪测量光谱特性的步骤： 1．将待测光输入到ISA2000卡的光输入孔内，运行程序“Spectra Wiz”, 即可进入软件运行窗口。 2．点击开始/结束扫描波形按钮，开始扫描波形，再点击一次该按钮，结束扫描波形。 3．点击横坐标调整按钮，显示波形到界面适当位置。如果要在水平方向放大波形，就左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。 4．点击纵坐标调整按钮，调整波形到适当高度。 5．点击计算按钮，显示相关参数数据。 三．光环行器 （一）光环行器的工作原理 光环行器是一种多端口输入输出的非互易器件，具有正向顺序导通而反向传输阻止的特性，可以完成正反向传输光的分离，在双向长途干线通信、密集波分复用器及光时域反射计（OTDR）中有广泛的应用。 制造光环行器的方法有几种，但所有的光环行器的工作原理是相同的，比如3端口的光环行器，在端口1输入的光信号只有在端口2输出；在端口2输入的光信号只有在端口3输出，而在端口3输入的光信号只能在端口1输出。但是在许多应用中，这最后一种状态是不必要的，因此，大多数商用环行器都被设计成“非理想”状态，即吸收从端口3输入的任何信号。3端光环行器的原理图如图1.2所示：
光栅光谱仪的使用实验报告 学院高等工程 师学院 班级自E152学号41518170姓名郑子亮 一、实验目的与实验仪器 【实验目的】 1.了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性 2.了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪 3.测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱 4.测定光栅光谱仪的色分辨能力 5.测定干涉滤光片的光谱透射率曲线 【实验仪器】 WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm）。汞灯，钨灯氘灯组件，干涉滤光片等。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） （1）平面反射式光栅与光栅方程 规定衍射角Θ恒为正，i与Θ在光栅平面法线的同侧为正，异侧为负。K是光谱级 对于常用的平面光栅光谱仪，谱板中心到光栅中心的连线与入射光线在同一平面内，因此，衍射角Θ可当做入射角i，光谱方程为： （2）闪耀问题 闪耀波长： 2平面光栅光谱仪结构组成 （1）光学系统 （2）电子系统 （3）光栅光谱仪操作
3.色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度 4.滤光片光谱特性 光谱透射率为： 三、实验步骤 （要求与提示：限400字以内） 1.准备工作 开机前，需要缓慢旋转入射狭缝宽度调节旋钮，设置参数 2.校准光谱仪的波长指示值 利用氘灯波长值为486.0nm的谱线校准光谱仪，利用“数据处理”菜单的功能读出测量的氘灯光谱谱线波长，如果有偏差，用“系统操作”菜单中的“波长校正”功能进行校正3.汞灯光谱和光谱仪分辨率的测量 （1）入射缝宽和出射缝宽设定在0.15~0.20nm之间，负压-300~-600之间 （2）移去钨灯&氘灯组件，将汞灯置于入射狭缝前，进行快速全谱扫描，根据光谱测量结果进一步调节狭缝宽度、负高压等参数，使得记录的谱线高度适当，再进行一次慢速全谱扫描，保存实验数据。 4.滤色片光谱特性的测量 5.退出系统与关机 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片） 1. （1）汞灯光谱
实验1 可见光与近红外波谱测试 1.1实习概述 按照国家光谱数据库数据测试参考标准选择典型进行地物反射、发射光谱测试。根据所测的光谱曲线特征选择最佳遥感波段和最佳遥感时间。 1.2实习目的 ①掌握地物反射、发射光谱特性的基本概念，特点； ②掌握典型地物光谱的测试方法和实验数据分析处理的基本流程和方法； ③分析影响地物波谱特性测定的因素；了解地物表面不同几何状况、含水状况、 风化状况、粗糙程度对反射、发射光谱的影响；了解多种地物光谱随时间变化的特征与规律；了解入射和观测角度变化对地物光谱的影响。 ④培养学生理论联系实际及知识的综合运用能力，为后续专业课程学习创造条 件。 1.3实习任务 测量试验区的植被、水、土壤、道路的光谱特性。要求测定不同植被、水、土壤、道路的波谱特性曲线，即每类地物至少选择5个小类（或样本）。 ①清水、营养化水、污染水反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ②不同覆盖度、不同长势植被覆盖反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ③城乡非自然目标反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ④土壤反射光谱、发射光谱测试与特征分析； ⑤岩石反射光谱、发射光谱测试与特征分析。 要求：上述5个实验根据具体情况必作2个，选作1个。
1.4设备（软件）及资料准备 1.4.1 实习设备及软件 测定地物反射光谱特性的仪器是可见光、近红外光谱仪。仪器由收集器、分光器、探测器和显示或记录器组成。测定地物发射光谱特性的仪器是热红外波谱仪、热红外辐射计。 1.4.2 实习前准备工作 1.4. 2.1 光谱测试仪器的标定 测量仪器在采集数据前必须通过指定的定标实验室的定标检测，检验仪器的工作性能。仪器的定标在室定标和实验场地现场定标，并在提交数据时附上相应测量仪器的定标报告。若对同一种典型地物（农作物、岩矿、水体等）的相同观测项目采用不同型号的测量仪器，则必须在观测实验前到指定的实验室或实验场进行统一校准和比对：即在相同的条件下，同时测量同一目标，进行归一化处理，分析各仪器的误差，以精度高的仪器为准，进行误差订正，并在提交数据时应附上相应测量仪器的比对报告。其中波谱仪与辐射计的性能要求为： ⑴可见光、近红外波段波谱仪 ①波谱仪读数时间漂移最大值，在0.38－1.1μm 围平均不得超过3％； ②波谱仪的读数的线性度误差不得超过1％； ③波谱仪在0.38－1.1μm 围波长绝对误差平均不得超过0.8nm。 ⑵短波红外波段波谱仪 ①在1.1－2.5μm 围波谱仪读数时间漂移最大值，平均不得超过5％； ②波谱仪读数的线性度误差不得超过3％；
光栅光谱仪的应用 摘要：本实验通过光栅光谱仪，测量并分析不同光源的发射光谱、溶液的吸收光谱、滤光片的透射光谱以及实验条件对光谱的影响。 关键词：光栅光谱仪、光电倍增管、发射光谱、吸收光谱、透射光谱 Abstract：In this experiment, the emission spectra of different light source, the absorption spectra of the solution, the transmission spectra of optical filters with several colours, and the effects caused by experimental conditions are measured and analyzed with the help of the grating spectrometer. Keywords: grating spectrometer, photomultiplier, emission spectrum, absorption spectrum, transmission spectrum.
一、引言 光栅光谱仪，是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器。本实验利用定标后的光栅光谱仪，测量不同光源的发射光谱、物质吸收光谱以及透射光谱，并研究分析实验条件对光谱的影响，了解光谱特性。 二、实验原理 1.发射光谱： 物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱1。处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射，将多余的能量发射出去形成的光谱。 由于产生的情况不同，发射光谱又可分为连续光谱和明线光谱。 稀薄气体发光是由不连续的亮线组成（实际由于光线通过时会产生吸收光谱，特定频率的光被吸收后形成暗线或暗带，剩下的就是光谱中的明线），这种发射光谱又叫做明线光谱，原子产生的明线光谱也叫做原子光谱。 固体或液体及高压气体的发射光谱，是由连续分布的波长的光组成的，这种光谱叫做连续光谱。 白炽灯与汞灯的发射光谱区别就在于，前者是连续光谱而后者是明线光谱。 2.吸收光谱： 物质吸收电磁辐射后，以吸收波长或波长的其他函数所描绘出来的曲线即吸收光谱。是物质分子对不同波长的光选择吸收的结果，是对物质进行分光光度研究的主要依据2。 吸光度是指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光强度比值的以10为底的对数（即lg(Iin/Iout)）3。 吸光度与物质的浓度、温度、本身性质等有关。 在多组分体系中，如果各组分的吸光质点彼此不发生作用，那么吸光度便等于各组分吸光度之和，这一规律称吸光度的加和性。 [I0为入射光强，I为出射光强] (1) 吸光度公式：Aλ=log I0 I 对较稀溶液，有比尔—朗伯定律： A=αlc [α是吸收系数，l是光在样本中经过距离，c是浓度] (2) 3.光栅单色仪： 1引自《百度百科·发射光谱》； 2引自《百度百科·吸收光谱》； 3
地物光谱仪在野外光谱测量中的使用（一） 论文关键词地物光谱仪；野外测量；工作规范 论文摘要在遥感技术中，为了更精确地判读多光谱图像，掌握地面上各种地物的光谱辐射特性是十分重要的。介绍FieldSpec?悖HandHeld手持便携式 光谱分析仪的测量原理方法、工作规范及注意事项，概要地说明了影响光谱测量的因素。 在遥感领域中，为了研究各种不同地物或环境在野外自然条件下的可见和近红外波段反射光谱，需要适用于野外测量的光谱仪器。对野外地物光谱进行测量，我们使用的是美国 ASD公司FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪。其主要技术指标为：波长范围为 300~1100nm光谱采样间隔为1.6nm, 灵敏度线性：土1% FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪可用于户外目标可见一近红外波段的光谱辐射测量。该光谱仪在户外主要利用太阳辐射作为照明光源，利用响应度定标数据，可测量并获得地物目标的光谱辐亮度；利用漫反射参考板对比测量，可获得目标的反射率光谱信息；通过对经过标定的漫反射参考板的测量，可获得地面的总照度以及直射、漫射照度光谱信息；利用特定的辅助测量机械装置，可获得地面目标的BRDF（方向反射因子）光谱信 息参数。 为了使地物光谱数据可靠和高的质量，使数据便于对比和应用，有必要提出地物光谱测试规范和测量要求。 1仪器的标准和标定 1.1光谱分辨率 实用分辨宽度对0.04~1.10卩m小于5nm 1.1~2.5卩m小于15nm。对于FieldSpec?悖HandHeld手持便携式光谱分析仪，起始波长为325nm终止波长 为1075nm波长步长为1nm则光谱分辨率取3nm 1.2线性标定 线性动态范围有3个量级，最大信号对应为0.8~1.0，太阳常数照明的白板（V 90%）峰值响应输出。线性误差小于 3%（回归误差）。 1.3光谱响应度的标定 反射率小于、等于15%（大于1%）的目标，信噪比应大于10。反射率大于15%的目标，信噪比应大于20。 2野外测定方法与工作规范 2.1目标选取 选取测量目标要具有代表性，应能真实反映被测目标的平均自然性。对于植被冠层及用物的测量应考虑目标和背景的综合效应。 2.2能见度的要求
WGD8/8A 组合式多功能光栅光谱仪 https://www.doczj.com/doc/7b1428568.html,/Products.htm 【产品介绍】 组合式多功能光栅光谱仪系列 组合式多功能光栅光谱仪系列是专为院校，科研院设计的。产品设计新颖，性能优越，尤其是采用了积木组合式结构，方便了各种数学实验和检测，该产品已被推荐为大转院校物理实验室首选仪器。产品以崭新的面貌、完善的功能为广大用户提供了先进的测试手段。 用途 ■吸收光谱测量：可对被测物质（气体、液体、固体）进行吸收光谱分析 ■发射光谱测量：测量发射光源特性 ■荧光光谱测量 ■其它：利用氢光谱测量德伯常量，接收元件灵敏特性的测量、色度测量 仪器简介 WGD-8型/8A型多功能光栅光谱仪可用于各大学及研究部门，作为物理实验教学及光谱分析之用。仪器有两路出射狭缝分别用光电倍增管与CCD接收，WGD-8A型光谱仪是专门为大学的氢氘实验、钠光谱实验设计的仪器，选用优质光电倍增管、光栅、狭缝。确保分辨率达到0.06nm WGD-8型 波长范围光电倍增管接收 200-800nm CCD接收300-900nm 焦距500mm 狭缝宽度0-2mm连续可调 示值精度 0.01mm 相对孔径 D/F=1/7 波长精度 ±0.4nm 波长重复性 0.2nm 分辨率优于0.1nm 杂散光≤10-3 外形尺寸 560＊380＊230mm 重量30kg WGD-8A型 波长范围光电倍增管接收 200-660nm CCD接收 320-900nm 焦距 500mm 狭缝宽度0-2mm连续可调 示值精度0.01mm 相对孔径D/F=1/7 波长精度±0.4nm
波长重复性0.2nm 分辨率优于0.06nm 杂散光≤10-3 外形尺寸560＊380＊230mm 重量 30kg 【产品特点】 ■更换不同的光栅、光谱区间可以从0.2-15μ，并有较高的分辨功利。 ■积木组合式、着重提高学生的动手能力 ■光电接收器件：分别采用光电倍增管、热释电探测器及CCD，便于教师做相关的教学及试验研究。 ■采用CCD接收的WGD-6型光学多道分析器，其测量速度快，可实时测量光谱随时间的变化、 三维坐标显示。 ■单光子计算器与WGD-3型单色仪组合，可做弱信号测量 ■WGD-8A型具有极高分辨率，可做氢氘及钠光谱实验
摘要 全光通信是光纤通信的发展方向，自从1978年Hill等人制作出第一条光纤光栅之后，作为重要的全光网络器件之一，光纤光栅的研究和应用就一直受到人们的重视。光纤光栅这种新型的光纤器件由于其独特的光学特性和灵活的设计特点,在光通信系统中有着广泛的应用,包括滤波器、全光复用/ 解复用器、色散补偿器和激光器谐振腔等等。所谓光纤光栅即指光纤轴向上存在的折射率周期性变化。其制作原理是基于石英光纤的光敏效应。光纤中的光致折射率改变现象最初仅是一个科学问题，用来满足人们科学探索的好奇心，而正是因为光纤光栅在光通信与光传感领域的扮演的重要角色也使其成为光纤领域的一项基本技术。在光纤通信的应用中根据应用场合的不同，针对对光纤光栅的光谱方面和色散方面特性会提出相应的专门要求，为了给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论性指导，对光纤光栅的理论与应用研究有重要的实际意义。在实际的光栅设计过程中，我们总是希望由所期望的光学特性来确定光栅的各个参数的值，因而对光纤光栅特性方面的数值模拟就具有非常重要意义。本论文以光纤通信发展为主线介绍了光纤光栅的历史及其在光通信领域的应用，概述了光纤光栅的光敏效应，以光波导为背景介绍了分析光纤光栅常用的耦合模理论以及传输矩阵理论。基于耦合模理论和传输矩阵理论对重要的两类光纤光栅：均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅进行了分析推导。并对两类光纤光栅的光谱方面特性进行了仿真研究，绘制出了两类光纤光栅在不同参数下的反射光谱特性曲线，讨论了不同参数对光纤光栅频率选择特性和色散特性的影响, 所得结果可作为这类光纤光栅结构参数设计的参考依据,给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论指导，为
均匀光纤光栅光谱仿真研究
摘要 全光通信是光纤通信的发展方向，自从1978年Hill等人制作出第一条光纤光栅之后，作为重要的全光网络器件之一，光纤光栅的研究和应用就一直受到人们的重视。光纤光栅这种新型的光纤器件由于其独特的光学特性和灵活的设计特点,在光通信系统中有着广泛的应用,包括滤波器、全光复用/ 解复用器、色散补偿器和激光器谐振腔等等。所谓光纤光栅即指光纤轴向上存在的折射率周期性变化。其制作原理是基于石英光纤的光敏效应。光纤中的光致折射率改变现象最初仅是一个科学问题，用来满足人们科学探索的好奇心，而正是因为光纤光栅在光通信与光传感领域的扮演的重要角色也使其成为光纤领域的一项基本技术。在光纤通信的应用中根据应用场合的不同，针对对光纤光栅的光谱方面和色散方面特性会提出相应的专门要求，为了给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论性指导，对光纤光栅的理论与应用研究有重要的实际意义。在实际的光栅设计过程中，我们总是希望由所期望的光学特性来确定光栅的各个参数的值，因而对光纤光栅特性方面的数值模拟就具有非常重要意义。本论文以光纤通信发展为主线介绍了光纤光栅的历史及其在光通信领域的应用，概述了光纤光栅的光敏效应，以光波导为背景介绍了分析光纤光栅常用的耦合模理论以及传输矩阵理论。基于耦合模理论和传输矩阵理论对重要的两类光纤光栅：均匀光纤光栅和线性啁啾光纤光栅进行了分析推导。并对两类光纤光栅的光谱方面特性进行了仿真研究，绘制出了两类光纤光栅在不同参数下的反射光谱特性曲线，讨论了不同参数对光纤光栅频率选择特性和色散特性的影响, 所得结果可作为这类光纤光栅结构参数设计的参考依据,给光纤光栅制作过程中的方法选择及参量控制提供理论指导，为光纤光栅这一重要器件的仿真软件的构建进行初步的探索。 关键词：光纤光栅耦合模理论传输矩阵法光通信器件数值仿真 第一章绪论 光纤通信技术是以光波为载波,以光导纤维为传输信道的一种现代有线通信 技术。人类已进入信息化时代，人类对通信的需求呈现加速增长的趋势，而光纤通信技术是构建信息高速公路的主要支柱。现代光纤通信技术涉及光纤光缆技术、传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 1.1光纤通信历史及发展: 1880年，贝尔利用太阳光作为光源，以大气为传输信道，用硒晶体作为光接收器，进行了光电话的实验，实现了真正现代意义下的光通信，使通话距离最远达到了二百多米，但空间光传输易受到气候和周围环境等条件的影响，损耗也比较大。 1966年，英籍华人高锟博士和他的同事G. A. Hockham，在研究了光在石英玻璃纤维中传输的特性极
光栅光谱仪的使用实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解平面反射式闪耀光栅的分光原理及主要特性； （2）了解光栅光谱仪的结构，学习使用光栅光谱仪； （3）测量钨灯和汞灯在可见光范围的光谱； （4）测定光栅光谱仪的色分辨能力； （5）测定干涉滤光片的光谱透射率曲线。 2.实验仪器 WDS-3平面光栅光谱仪（200~800nm），汞灯，钨灯&氘灯组件，干涉滤光片。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1.平面反射式闪耀光栅原理 （1）θ方向的光强：I θ=(sinα α )2(sinNβ sinβ )2 （2）光栅方程：d（sinθ+sin i）= kλ （3）闪耀光栅：光强最大的方向就是槽面反射定律所规定的方向，0级谱线出现在光栅平面反射的方向，闪耀光栅能够把能量集中在需要的光谱级里。 （4）闪耀波长的计算：λ=2dsinγ k 2.平面光栅光谱仪的结构与组成 （1）光学系统结构：
光栅：1200/mm；闪 耀波长250nm；M1 和M2凹面镜焦距 为300mm；狭缝0- 2mm连续可调。 电子系统：电源系统、光接收系统、步进电动机系统组成。 光学接收系统：光电倍增管及其放大电路组成。 光电倍增管：光信号转变成电信号。是测光仪器和光电自动化设备中的主要探测元件。 目前测量光信号最灵敏的器件之一。 结构： 3.色分辨率 光栅光谱仪的色分辨率是分开两条邻近谱线能力的量度。 以汞灯的两条黄谱线（波长为 577.0nm和579.1nm）为例测出谱 线λ1和λ2峰间的间隔a以及峰 的半宽度b，则色分辨能力为： Δλ =b α δλ δλ=λ 2-λ 1 =2.10nm 4.滤光片光谱特性
光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学） 所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1.了解光栅光谱仪的工作原理。 2.学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v＝0，即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状
光栅布拉格光栅及其传感特性研究2 一光纤光栅概述2 1.1 光纤光栅的耦合模理论2 1.2 光纤光栅的类型3 1.2.1 均匀周期光纤布拉格光栅3 1.2.2 线性啁啾光纤光栅3 1.2.3 切趾光纤光栅3 1.2.4 闪耀光纤光栅4 1.2.5 相移光纤光栅4 1.2.6 超结构光纤光栅4 1.2.7 长周期光纤光栅4 二光纤布拉格光栅传感器5 2.1 光纤布拉格光栅应力传感器5 2.2 光纤布拉格光栅温度传感器6 2.3 光纤布拉格光栅压力传感器6 2.4 基于双折射效应的光纤布拉格光栅传感器7 三光纤光栅传感器的敏化与封装10 3.1 光纤光栅传感器的温度敏化10 3.2 光纤光栅传感器的应力敏化10 3.2 光纤光栅传感器的交叉敏感及其解决方法10 四光纤光栅传感网络与复用技术10 4.1 光纤光栅传感网络常用的波分复用技术11 4.1.1 基于波长扫描法的波分复用技术12 4.1.2 基于波长分离法的波分复用技术13 4.1.3 基于衍射光栅和CCD阵列的复用技术13 4.1.4 基于码分多址(CDMA)和密集波分复用(DWDM)技术14 4.2光纤光栅传感网络常用的空分复用技术14 4.3光纤光栅传感网络常用的时分复用技术16 4.4 光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术18 4.4.1 光纤光栅传感副载波频分复用技术18 4.4.2 FBG传感网络的光频域反射复用技术18 4.5 光纤光栅传感网络的相干复用技术18 4.6 混合复用FBG传感网络18 4.6.1 WDM/TDM混合FBG网络18 4.6.2 SDM/WDM混合FBG网络18 4.6.3 SDM/TDM混合FBG网络18 4.6.4 SDM/WDM/TDM混和FBG网络18 4.6.5 光频域反射复用/波分复用混合FBG传感网络18 五光栅光栅传感信号的解调方法18 六激光传感器18
WGD-8_8A型_组合式多功能光栅光谱仪_说明书一(规格与主要技术指标 500mm 焦距 8A200-660 nm 8200-800 nm 波长区间型:型: D/F1/7 相对孔径, 8A2400l/mm =250nm 81200l/mm =250nm 光栅型:λ型:λ闪闪200660nm 200800nm 波长范围,波长范围, ,3 10 杂散光? 8A0.06nm 80.1nm 分辨率型:优于型:优于 8A 8 光电倍增管接收型:型: 200660nm 200-800 nm 波长范围, 0.2nm 0.4nm 波长精度???? 0.1nm 0.2nm 波长重复性???CCD() 电荷耦合器件 2048 接收单元 8A300660nm 8300-900 nm 光谱响应区间型:,型: 88 积分时间档 25kg 重量
S1 M2 M1 G M3 S2 S3 图2-1 光学原理图
M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅 S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 CCD接收 二(基本原理 WGD8A,型组合式多功能光栅光谱仪～由光栅单色仪～接收单元～扫描系统～电子放A/D大器～采集单元～计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。 C-T2-1 光学系统采用型～如图 02mm入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝～宽度范围,连续可调～光源发出的光束进入入 S1S1M2S1M2射狭缝～位于反射式准光镜的焦面上～通过射入的光束经反射成平行光束 1 G M3S2S3 投向平面光栅上～衍射后的平行光束经物镜成象在上或上。 M2M3 500mm 、焦距 G 8A2400l/mm =250nm 81200l/mm =250nm 光栅型:λ型:λ闪闪 200660nm 200800nm 波长范围,波长范围, 8A 320500nm 8 320500nm 滤光片工作区间型:白片,型:白片, 500660nm 500800nm 黄片,黄片,注:8型和8A型的使用操作方法一致,使用同一软件进入程序后～只要选择相对应光栅数即可, 三(安装 3.1 开箱 打开仪器的包装后～请对照装箱单对仪器的齐套性进行认真清点验收～如发现与装箱单 不符或者仪器表面有明显的受损现象请立即与售方联系解决。 仪器的齐套性请参阅仪器的装箱单。
典型地物反射波谱测量与特征分析 一、实验目的与要求 1.实验意义： （1）对光谱测量仪器的认识：ASD野外光谱分析仪FieldSpecPro是一种测量可见光到近红外波段地物波谱的有效工具，它能够快速扫描地物，光线探头在毫秒内得到地物的单一光谱。FieldSpec分光仪主要由附属手提电脑，观测仪器，手枪式把手，光线光学探头以及连接数据线组成。通过连接电脑，可实时持续显示测量光谱，使得测量者可以即时获取需要的测量数据。 （2）对课堂内容的认识：地物反射光谱是指某种物体的反射率或反射辐射能随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得到的曲线即为反射波谱特性曲线。影响地物波谱变化的因素：太阳位置（太阳高度角和方位角）。不同的地理位置，海拔高度不同。时间、季节的变化。地物本身差异、土壤含水量、植被病虫害。 2.实验目的： （1）地物波谱数据获取需要使用地面光谱仪，通过该实验学会地面光谱仪的原理与使用方法。 （2）通过对地物光谱曲线分析，比较相异与相似地物反射光谱特征。认识并掌握典型地物反射光谱特征。
二、实验内容与方法 1.实验内容 （1）典型地物反射波谱测量 选择典型地物类型，使用地物光谱仪，开展地物光谱测量，获得典型地物可见光近红外 波段（0.4-2.5微米）的反射光谱曲线。 地物类型：植被（草地、灌丛），水体（不同水深，有无植被），土壤（裸土、有少量植 被覆盖土壤），不透水地面（水泥地面、沥青路面、大理石地面）。 （2）地物波谱特征分析 a)标准波谱库浏览 b)波谱库创建 c)高光谱地物识别 ●从标准波谱库选择端元进行地物识别 ●自定义端元进行地物识别 2.实验方法 （1）ASD光谱仪简介 FieldSpec Pro型光谱仪是美国分析光谱设备(ASD)公司主要的野外用高光谱测量设备。整台仪器重量7.2公斤，可以获取350~2500nm 波长范围内地物的光谱曲线，探测器包括一个用于350-1000nm的512像元NMOS硅光电二极管阵列, 以及两个用于1000-2500nm的单独的热电制冷的铟-镓-砷光电探测器。便携式光谱仪是“我国典型地物标准波谱数据库”获取光谱数据的主要设备。 基本技术参数： 线性度：+/-1%
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 课程设计题目：光纤光栅光谱特性研究所属课程：应用光学 学院：理学院 专业：光电信息科学与工程 学生姓名：卢远 学号： 指导教师：郭立萍 2015 年 6 月
光纤光栅光谱特性研究 摘要 光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。 随着信息业务量快速增长，语音、数据和图像等业务综合在一起传输，从而对通信带宽容量提出了更高要求。全光通信是解决“电子瓶颈”最根本的途径，全光网通信可以极大地提高节点的吞吐容量，适应未来高速宽带通信的要求。基于光纤的光敏特性制作成的光纤光栅已成为光通信系统和光纤传感器中的关键器件。它有许多突出的优点，优良的性质，这使得它成为目前研究的热点。本文主要论述了光纤光栅的基本原理及其制作的方法，利用耦合理论分析光纤光栅光谱特性。本文中讨论了现在光纤光栅在各个领域的利用，并且探讨了光纤光栅现状的利用和未来的发展方向。本文利用matlab仿真，画出不同光栅的光谱图，观察各种参数的变化对光栅光谱特性的影响，并分析光纤光栅光谱图。 关键词:光纤光栅;耦合模理论;光谱特性
实验报告 题目: 光栅光谱仪的使用 姓名董芊宇 学院理学院 专业应用物理学 班级2013214103 学号2013212835 班内序号22 2015年9 月
一． 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 二． 实验原理 1.闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（φ=90?）光栅衍射的一般特性。当入射角φ=90?时，衍射强度公式为 22 2 sin sin sin I u Nv A u v = ???? ? ????? (9.1) 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时 ()sin sin a u π φθλ= + (9.2) ()sin sin d v πφθλ =+ (9.3) 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取+号，异侧时取-号，单缝衍射中央主 极大的条件是0u =，即sin sin φθ=-或?θ=-。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足0v =，即0级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0级最大位置是重合的，光栅衍射强度最大的峰是个波长均不发生散射的0级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿形的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”，与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状无关。所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时，两者0级极大的角度也一样。闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝，衍射条件与锯齿面法线有关。中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N ，于是造成衍射极大与0级干涉极大方向不一致。适当调整光栅参数，可以使光栅衍射的某一波长最强峰发生在1级或其他高级干涉极大的位置。 2.非平衡光辐射（发光） 处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁1 E 和0E ，发 射光子的能量为 10hc hv E E E λ ==-=? (9.4) 电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时，电子在不同能级间跃迁常见如下情况。 (1) 电子受光辐射激发，然后以无辐射情况跃迁到低能级。（无发射跃迁释放的能量转化成热能
光栅光谱仪的使用 学号2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学）所在系（院）理学院 2017 年3 月14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。
2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角
第二章电磁辐射与地物光谱特征 ·名词解释 辐射亮度：由辐射表面一点处的单位面积在给定方向上的辐射强度称为辐射亮度。 普朗克热辐射定律：在一定温度下，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为B(λ，T)=2hc2 /λ5 ·1/exp(hc/λRT)-1 灰度波谱：用该类型在该波段上的灰度值反应的波谱曲线 黑体辐射：任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体。 电磁波谱：将电磁波按大小排列制成图表。 太阳辐射：太阳射出的辐射射线 瑞利散射：大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射 米氏散射：当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射 地球辐射：地面吸收太阳辐射能后，向外辐射的射线。 地物波谱特性：各种地物因种类和环境条件不同,都有不同的电磁波辐射或反射特性 反射率：地物反射能量与入射总能量之比。 比辐射率：某一物体在一特定波长和温度下的发射辐射强度与理想黑体在相同波长和温度下所发射的辐射强度之比。 后向散射 ·问答题 地球辐射的分段特性是什么？ 当太阳辐射到达地表后，就短波而言，地表反射的太阳辐射成为地表的主要辐射来源，而来自地球本身的辐射，几乎可以忽略不计。地球自身的辐射主要集中在长波，即6um以上的热红外区段，该区段太阳辐射的影响几乎可以忽略不计，因此只考虑地表物体自身的热辐射。两峰交叉之处是两种辐射共同其作用的部分，在2.5~6um，即中红外波段，地球对太阳辐照的反射和地表物体自身的热辐射均不能忽略。 什么是大气窗口?试写出对地遥感的主要大气窗口 答：大气窗口的定义：通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高 的波段成为大气窗口。 包括：部分紫外波段，0.30 m μ~0.40m μ，70%透过。 全部可见光波段，0.40 m μ~0.76m μ，95%透过。 部分近红外波段，0.76 m μ~1.3m μ，80%透过。 近红外窗口：1.5 m μ~2.4m μ，90%透过，可区分蚀变岩石。 包括两个小窗口：1.5 m μ~1.75m μ 2.1 m μ~2.4m μ。 中红外窗口：3.5 m μ~5.5m μ，反射和发射并存。 包括两个小窗口（反射和发射混合光谱）：3.5 m μ~4.2m μ 4.6 m μ~5m μ 远红外窗口：8 m μ~14m μ，发射电磁波，热辐射。 微波窗口：0.5cm~300cm
WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪 基本原理 WGD－3 型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型，如图1 图1 光学原理图 M1反射镜、M2准光镜、M3物镜、G平面衍射光栅 S1入射狭缝、S2光电倍增管接收、S3 观察口 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成象在S2上或S3上。 M2、M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线1200条闪耀波长550nm 二块滤光片工作区间白片 320－500nm 黄片 500－800nm 仪器使用： 1. 使用场地 该仪器是实验用仪器。为了提高仪器的工作质量和延长仪器的使用寿命，在选择仪器安装场地时应注意以下几点： a 环境温度20±5℃ b 净化湿度 <65% c 无强振动源、无强电磁场干扰。 d 室内保持清洁、无腐蚀性气体。 e 仪器应放置在坚固的平台上。
f 仪器放置处不可长时间受阳光照射。 g 室内应具稳压电源装置对仪器供电，装有地线，保证仪器接地良好。 2. 使用方法 WGD－3型组合式多功能光栅光谱仪系统，系精密仪器。因此仪器安装的场合应满足安装环境的要求。工作台必须平稳。系统联线示意图如图2: 图2 连线示意图 （1）接通电源前，认真检查接线是否正确。 （2）狭缝的调正。 狭缝为直狭缝，宽度范围0－2.5mm连续可调，顺时针旋转为狭缝宽度加大，反之减小，每旋转一周狭缝宽度变化0.5mm。为延长使用寿命，调节时注意最大不超过2.5mm，平日不使用时，狭缝最好开到0.1－0.5mm左右。 （3）滤光片 为去除光栅光谱仪中的高级次光谱，在使用过程中，操作者可根据需要把备用的滤光片插入入缝插板上。滤光片共二片，工作区间： 白色滤光片 320－500nm 黄色滤光片 500－800nm （4）转换开关 检查转换开关的位置，确认是否是工作位置，若光电倍增管接收，请将扳手放在“光电倍增管”档；若观察谱线，可将旋钮指示停在“观察”档。 3. 软件使用 软件使用具体参见软件使用说明书和软件帮助文件。
用多功能光栅光谱仪进行钠光谱测量实验 碱金属原子的光谱和氢原子光谱相似，也可以归纳成一些谱线系列，而且各种不同的碱金属原子具有非常相似的谱线系列。碱金属原子的光谱线主要由4个线系组成：主线系、第一谱线系（漫线系）、第二辅线系（锐线系）和柏格曼线系（基线系）。进一步对碱金属原子光谱精细结构的研究证实了电子自旋的存在和原子中电子的自旋与轨道运动的相互作用，这种作用较弱，由它引起了光谱的精细结构。钠原子光谱及其相应的能级结构具有碱金属原子光谱和能级结构的典型特征。 【实验目的】 1、加强学生对光栅光谱仪的原理和基本组件的了解。 2、对钠原子光谱的进行测量和分析，加深对相关理论的理解与掌握。 3、由钠原子光谱确定各光谱项值及能级值, 量子缺Δ。 【实验器材】 本实验用到的仪器主要有：WGD-8A 多功能光栅光谱仪，钠光灯，计算机。 光谱仪是能将入射光按不同波长分成单色光谱的光学仪器，它由准直系统、色散系统和聚焦成像系统组成。准直系统通常由入射狭缝和准直物镜组成。入射狭缝位于准直物镜的焦平面上。对于光谱仪来说，入射狭缝实际上是光谱仪的光源，待测信号光经照明系统照射入射狭缝，入射狭缝发出的光束经准直镜后成为平行光投射到色散系统。 色散元件通常为棱镜，光栅和法布里-珀罗干涉仪。色散元件为光栅的光谱仪称作光栅光谱仪。聚焦成像系统是利用成象物镜把经过色散系统后，在空间上色散开的各波长的光束会聚或成象在成象物镜的焦平面上。形成一系列的按波长排列的单色狭缝象，即通常所看到的光谱图。
图1-1 WGD-8/8A 型 多功能光栅光谱仪仪器外观 图1-2 电箱正视图 WGD －8A 型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D 采集单元，计算机组成。光学系统采用的是切尔尼--特纳装置（C-T ）型，如图2-1所示。 1 2 3 1 光电倍增管接收器 2 CCD 接收系统 3 入射狭缝 1 2 3 4 5 6 10 9 8 7 1 负高压调节 2 负高压指示 3 USB 口电源指示 4 工作指示 5 通讯指示 6 电源开关 7 USB 讯号线 8 CCD 电缆线 9 单色仪电缆线 10 光电倍增管电缆线