红外辐射

名词释义

　　波长约在0.75～1 000μm之间的电磁辐射。红外线是一种电磁波，位于可见光红光外端，在绝对零度(-273℃) 以上的物体都辐射红外能量，是红外测温技术的基础。

　红外辐射位于电磁波谱的中央，其波长覆盖四个数量级。在整个电磁波谱中，不管是哪一个波段，其传播速度都是光速c，波长为λ(厘米)，每秒振动数称为频率ν(秒-1)，则

　　λν＝c　(1)

波段划分

　　红外波段的划分 电磁波谱划分为许多不同名称的波段。主要是根据它们的产生方法、传播方式、测量技术和应用范围的不同而自然划分的。红外波段又可划分为近红外、中红外、远红外三个波段。但划分的方法则因学科或技术领域不同而异。

　　由于大气对红外辐射的吸收,只留下三个“窗口”，即1～3微米、3～5微米、8～13微米,可让红外辐射通过。因而在军事应用上，分别称这三个波段为近红外、中红外、远红外波段。8～13微米，也称为热波段。

　　在光谱学中，划分波段的方法尚不统一。一般分别以0.75～3微米、3～40微米和40～1000微米作为近红外、中红外和远红外波段。近红外是可以用玻璃作为透射材料和用硫化铅探测器进行检测的波段。中红外原来是以棱镜作为色散元件的波段，但后来都采用光栅作为色散元件,40微米这个界限不再有意义。但是,40微米又是石英能让红外辐射透过的起始波长，故仍可作为中红外波段与远红外波段的界限。在远红外波段的长波端，传统的几何光学和微波传输技术都不适用，需要发展新的技术。新技术适用的波段也可能是一个新名称的波段。此外，远红外波段内出现激光，以辐射源是否具有相干性作为远红外与微波划界的标准已不适用。因而暂以1000微米作为远红外波段的界限，把波长为1～3毫米的电磁波称为短毫米波。

产生原理

　　在物质内部，电子、原子、分子都在不断地运动，有很多可能的运动状态。

　　这些状态都是稳定的，各具有一定的能量。通常用“能级”来表示这些状态。在正常情况下，物质总是处在能量最低的能级上（基态）。如果有外界的刺激或干扰，把适当的能量传递给电子、原子或分子，后者就可以改变运动状态，进入能量较高的能级（激发态）。但是，电子、原子或分子在激发态停留的时间很短，很快就回复到能量较低的能级中去，把多余的能量释放出来。释放能量的方式有多种，最常见的是发射电磁波。根据现代量子论的概念，从较高能级E1回复到较低能级E0时,发射出来的电磁波的频率为

　　ν＝(E1-E0)/h　(2)

　　式中h为普朗克常数，h＝6.626×10-34焦·秒,hν是发射出来的能量单元，称为光子。

　　因此，辐射是从物质中发射出来的。任何一块小的物体都包含着极大数目的原子或分子。每个原子或分子都有很多能级，从高能级跃迁到低能级都能发射光子。实际发射出来的电

　　磁波就是这些大量光子的总和。各个原子或分子发射光子的过程基本上是互相独立的；光子发射的时间有先有后。光子发射时，原子或分子在空间的取向有各种可能，因而光子可向各个方向发射，其电磁场振动也可有各种方向；再加上物体内各能级之间的相互影响，两能级之间的能量差会有极小的变动。所有这些因素的联合作用，使所发射出来的辐射包含着各种频率，没有一定的相位，没有一定的偏振，这就是非相干辐射。

　　现代科学技术能采用适当办法，迫使某两个能级之间的光子发射过程都发生在同一时间向同一方向，这就能得到频带非常狭窄、方向性极好、强度很高，而且是偏振的相干辐射。这就是激光。在无线电波和微波范围内，电磁波的产生是利用电子在真空里的运动，迫使所有电子作相同的运动态的改变，这就发射出单一频率的、偏振的相干辐射。

　　辐射虽是从物体内部发射出来的，但必须首先从外界给以扰动，给以能量。这个过程称为激励。激励的方法有多种，其中与红外辐射关系最为密切的是加热。因加热而发射的辐射称为热辐射。

　　红外辐射度学 这方面的术语比较复杂，必须区别辐射的发出和接受两个方面，标明扩展源的方向性。扩展源就是尺寸与测量距离相比不可忽略的辐射源。反之，则可当作点源看待。