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title: "只量总亮度，怎样分出许多颜色"
description: "移动反射镜让不同波长留下不同明暗节奏。从两种颜色到宽带中心峰，看干涉图怎样变回红外吸收谱。"
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  en: "https://sandboxphysics.com/stories/instruments/ftir-spectrometer/"
last_modified: "2026-11-03"
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[物理仪器怎样测量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/)

走进仪器

# 只量总亮度，怎样分出许多颜色

只量总亮度也能分出颜色，因为移动反射镜会让每种波长按自己的节奏变亮、变暗。把亮度和镜位一起记下来，就能从叠加的节奏找回光谱。红外光谱仪正是这样，用一个探测器读取许多波长。

Sandbox Physics · 2026-11-03

## 让同一种光沿两条路回来

红外光穿过样品，有些波长会变弱。它们常与分子的振动有关，可以帮助辨认材料。眼睛看不见这些波长；这里也借用“颜色”一词，表示不同波长。探测器若只把所有颜色加成一个亮度读数，单看这个数，便不知道少了哪一种光。

迈克耳孙干涉仪给每种颜色添上一个可辨认的节奏。半透半反的分束片把来光分成两束，分别照向两面反射镜。光返回分束片后重新合在一起，再送往探测器。

一路比另一路多走半个波长，两束光的起伏便错开，相加后变弱；多走整整一个波长，又会增强。只要慢慢移动其中一面镜子，探测器就能看到总亮度随镜位起伏。这里每种颜色只与自己分出的另一束光干涉，不同颜色的功率再相加。

来源：[1]

## 镜子移动四微米，八微米光波走完一轮

光要从分束片走到反射镜，再沿原路回来。镜子远离四微米，光便多走八微米。光程差就是镜位移的两倍。

假设用波长八微米的光。镜子每移动四微米，也就是千分之四毫米，亮度就从一个最大值走到下一个最大值。换成更短的波长，同样一段镜行程里，明暗起伏次数会更多。

两种波长照进来，探测器读到两种起伏的和。波长很接近时，细密起伏外面还会出现一层慢慢变化的包络，像两个相近音调形成的拍频。把记录留得足够长，才能分清这两个接近的节奏。

来源：[1]

## 许多颜色在零光程差附近一起增强

如果光源含有一大片连续波长，每种波长都留下自己的起伏。两臂光程相等时，它们各自都在相长的位置，总亮度便出现一个突出的中央峰。离开中央，各种起伏很快错开，彼此的亮暗贡献部分抵消。

这样一条“亮度随光程差变化”的曲线，叫干涉图。横轴不能只写成第几个采样点：必须知道镜子每一步到底走了多远，才能判断一种起伏对应哪个波长。光谱里也常用波数，也就是单位长度容纳多少个波长；八微米对应每厘米一千二百五十。

傅里叶变换把总曲线拆成不同快慢的起伏。较快起伏对应短波长，较慢起伏对应长波长；各组大小给出光谱强度。探测器不必跟随红外光场本身的极快振荡，它只须记录镜位改变时的亮度。

实际镜子只能扫过有限距离。突然截断干涉图，会让恢复谱的尖峰旁边出现波纹；逐渐降低边缘采样的权重，可以压低这些旁瓣，却会把恢复谱线的主瓣展宽。这种加权称为切趾。多补几个零能把曲线画得更密，真正分开近邻谱线仍要靠更长的有效光程。

来源：[1] [2]

## 同一条出射光路，先测参考，再测样品

要读吸收，先保存没有样品的参考干涉图，再把样品放进两臂合束后的公共光路，测第二份干涉图。这样，样品会按各波长的透过率削弱整个合束输出。把两份曲线分别恢复成谱，再在参考光足够的波段相除，就得到透过率。

透过率是一段光留下的份额。吸光度则把衰减换成对数刻度：透过一半，对应约零点三零一；透过十分之一，对应一。这个刻度常用于比较吸收带，但尖锐吸收经过有限分辨率展宽后，恢复的带深也会改变。

用 $T$ 表示由样品谱除以参考谱得到的透过率，$A$ 表示吸光度，二者关系如下。分母接近噪声时，比值就不可靠；没有照到的波段，也无法凭变换补出样品信息。

校准把这条测量链上的刻度连起来。已知谱线检查波数轴，暗信号和已知光功率检查探测器。样品与参考还要采用相同光路和处理方式。最后那条吸收谱，才是在明确分辨率和照明范围内，样品怎样削弱红外光的回答。

$$
A=-\log_{10}T
$$

透过率是无量纲的强度比，吸光度也是无量纲量。这里比较两份由原始干涉图恢复的谱，结果保留有限窗带来的仪器展宽。

来源：[2] [3] [4]

## [移动镜子，拆开明暗节奏](https://sandboxphysics.com/zh/labs/ftir-spectrometer/)

比较双线与宽带光源，再把样品放入公共光路，从保存的干涉图恢复吸收带。

实验采用理想双程迈克耳孙与合成谱，显示有限窗、采样、噪声和独立标定的影响，不把它当作真实分子图谱。

## 来源与延伸阅读

1. [Thermo Fisher Scientific — Advanced FTIR Spectroscopy, CT50845](https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/MSD/Scientific-Resources/CT50845-advanced-ftir-spectroscopy.pdf)

   核读印刷页4（PDF索引3）第1.1、1.2节：经典迈克耳孙光路、单色和连续谱干涉图、带位移标签的探测及双程光程差。本模型另行推导单输出端归一化，不复现该页所述激光参考硬件。

2. [Shimadzu — Fourier Transform and Apodization](https://www.shimadzu.com.au/service-support/technical-support/analysis-basics/tips-ftir/apodization.html)

   核读干涉图、傅里叶光谱原理与切趾三节。矩形截断带来旁瓣，三角加权压低旁瓣并加宽中央响应。2026年10月28日核读在线版，页面未列稳定修订号。

3. [NIST — Wavenumber Calibration Tables, Description](https://physics.nist.gov/PhysRefData/wavenum/html/tables.html)

   核读波数、星号与光谱说明三节，区分认证线位、混线、积分强度和计算图谱。所链接实验采用明确选定的合成标准，不冒用 NIST 认证分子线表。

4. [NIST — Fourier Transform Infrared Spectroscopy](https://www.nist.gov/laboratories/tools-instruments/fourier-transform-infrared-spectroscopy)

   核读分子振动及透射、反射、衰减全反射的仪器说明。页面更新于2019年11月15日。本文讨论透射模型。

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