窄带微波光谱仪的信号采样技术研究

摘要

傅里叶变换微波光谱仪是测量分子转动跃迁的主要工具，是研究分子转动光谱学的重要仪器。以量子力学为基础的转动光谱学对物质分子的结构分析以及破解射电望远镜所捕获的深空分子信号至关重要，这使得微波光谱仪在相关领域能发挥不可或缺的作用。目前，世界各国都在致力于研制和改进微波光谱仪以提高仪器的分辨率、灵敏度、以及应用范围。美国航空航天局还设立基金用于实验室研究潜在星际分子的光谱。我国在该领域发展较晚，当前正在仪器研制上进行积极的探索，期望为科学的发展做出应有的贡献。 本文利用实验室刚研制的窄带傅里叶变换微波光谱仪，从微波光谱仪的信号采样技术入手，提出多种方法用于解决微波光谱仪的灵敏度问题。首先将零差式检测模式与外差式检测模式分别运用到微波光谱仪的搭建当中，通过对比实验讨论了两种方法对分子转动光谱信号的影响。接着重点提出多脉冲自由感应衰减技术，并通过实验验证了该技术能够提高窄带微波光谱仪所捕获光谱的信噪比。最后，以2-氟苯甲腈为样品，在窄带微波光谱仪的零差式检测模式下采用多脉冲自由感应衰减技术采集到该分子的转动光谱数据，并使用SPFIT/SPCAT软件对其光谱进行归属和拟合分析，从而进一步验证了多脉冲自由感应衰减技术对提高仪器灵敏度的积极作用。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题研究的科学背景

1．2分子光谱理论

1．2．1分子类型的划分

1．2．2转动光谱的结构与分析

1．2．3分子的哈密顿描述

1．3微波光谱仪采样技术的发展

1．4微波光谱仪的发展现状和研究意义

1．5本论文的主要研究内容

2 窄带微波光谱仪的基本结构与信号采样系统的设计

2．1窄带微波光谱仪的基本组成

2．1．1法布里-珀罗腔基本原理

2．1．2法布里-珀罗腔中曲面镜设计

2．2窄带微波光谱仪信号采样的控制系统设计

2．2．1窄带微波光谱仪的基本采样过程

2．2．2窄带微波光谱仪的硬件设计

2．2．3窄带微波光谱仪的软件设计

2．3本章小结

3窄带微波光谱仪信号采样中的检测模式研究

3．1实验仪器及药品介绍

3．2零差式检测模式及其电路设计

3．2．1零差式检测模式原理

3．2．2零差式检测的电路设计

3．3外差式检测模式及其电路设计

3．3．1外差式检测模式原理

3．3．2外差式检测的电路设计

3．4零差式与外差式的对比实验

3．4．1基于两种检测模式下的OCS分子转动光谱实验

3．4．2外差式检测模式中的数据累加平均方式

3．4．3实验总结

3．5本章小结

4基于多脉冲自由感应衰减技术的OCS分子光谱实验

4．1多脉冲自由衰减技术的理论介绍

4．2基于多脉冲自由感应衰减技术的OCS分子光谱分析实验

4．3基于单脉冲自由感应衰减的OCS分子光谱分析对比实验

4．3．1消除背景噪声、未平均处理实验

4．3．2未消除噪声、未平均处理实验

4．3．3实验总结

4．4本章小结

5氟代苯甲腈分子的转动光谱实验

5．1氟代苯甲腈分子的光谱数据采集

5．2氟代苯甲腈分子的光谱预测

5．3 SPFIT／SPCAT软件对氟代苯甲腈分子的预测及拟合分析

5．3．1软件介绍

5．3．2光谱预测与拟合分析实验

5．4本章小结

6总结与展望

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录