红外物理与技术参考答案

红外物理与技术参考答

案

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

习题参考答案

以下为各章习题解析要点：

第1章

1-2

（1）太阳七色光的热效应；绝对零度。

（2）是很大的数值，不能直接测量；测得的频率数值精度通常比测得的波长数值精度低。

（3）0.75~1000μm；10。

（4）8~12μm或8~14μm；3~5μm。

（5）局部充血，皮温上升。

（6）电阻值；热点。

1-3 红外辐射的波长范围是0.75~1000μm，跨过大约10个倍频程，根据红外辐射在地球大气层中的传输特性，把整个红外辐射光谱区按波长分为四个波段：近红外波段（波长0.75~3μm）；中红外波段（波长3~6μm）；远红外波段（波长6~15μm）；极远红外波段（波长15~1000μm）。

1-4 红外辐射既具有与可见光相似的特性，如反射、折射、干涉、衍射和偏振，又具有粒子性，即它可以以光量子的形式被发射和吸收。同可见光相比，同时具有独有特性：

（1）必须用对红外辐射敏感的红外探测器才能探测到；

（2）红外辐射的光量子能量比可见光的小；

（3）红外辐射的热效应比可见光要强得多；

（4）红外光谱区比可见光谱区含有更丰富的内容；

（5）红外辐射更容易被物质所吸收。

1-5 红外物理与红外技术所研究的内容不同，它们是相互联系、相互依存、相互融合的，二者之间的关系既紧密联系又相互区别。

1-6 如：红外制导；红外夜视；红外通信；红外预警；隐身藏匿武器探测；红外对抗等。

1-7 如：红外测温；红外遥控；红外医疗；红外遥感；红外辐射加热；红外光谱技术；红外故障诊断；红外灾害观测；建筑物检测等。第2章

2-1 辐射能: 以电磁波的形式发射、传输或接收的能量，用Q 表示，单位是

J ；

辐射强度：描述点辐射源的辐射功率在空间不同方向上的分布特性； 辐射照度：指被照表面的单位面积上接收到的辐射功率，用E 表示； 光子辐射强度：光源在给定方向上的单位立体角内所发射的光子通量，用

p I 表示；

光子辐射照度：指被照表面上某一点附近，单位面积上接收到的光子通量，用p E 表示。 2-2

（1）扩展源辐射特性；辐射功率；M 。 （2）扩展源；源表面；面密度。

（3）扩展源辐射特；单位投影面积；单位立体角；L 。 2-3 解： ()sr 01.05.00025

.02

2==∆≈

∆l S Ω (W)025.001.05.2=⨯=∆=∆ΩI P

2-4 解：辐射功率P 与辐射通量Φ混用。辐射强度对整个发射立体角Ω的积分，即

P d I ΩΩ=

⎰

对于各向同性的辐射源，I 等于常数，则得2P I π=，得W/sr 102==

π

P

I 。 2-5 解：

（1）灯正下方照度：

2210016.8cd/m 2.44

I E d =

== （2）房屋一角照度：

AB 2.931m =

= 2222m 5466.14AC AB BC =+=

6401.0BC

AC

cos ==

θ 则： 22100cos 0.64018 4.4cd/m 14.5466

I E d θ=

=⨯= 2-6 解： 位置（1）：

21l A Ωd =

∆，1cos cos()12π

θ==，2

111cos l

A LA A ΩL P s d s =∆=∆θ 位置（2）：

22l A Ωd =

∆，21cos cos cos l l θθθ==，θ

θcos 1

cos 2

222l A LA A ΩL P s d s =∆=∆ 位置（3）：

23cos l A Ωd θ=

∆，31cos cos cos l l θθθ==，2

3

33cos l A LA A ΩL P s d s =∆=∆θ 位置（4）：

22

4)(cos l A Ωd θ=∆，41cos cos cos l l θθθ==，θθcos cos 2

4

44l A LA A ΩL P s d s =∆=∆ 位置（5）：

2

2

5)(cos l A Ωd θ=∆，51cos cos cos l l θθθ==，22555)(cos cos θθl

A LA A ΩL P s d s =∆=∆ 2-7 解： 2,4v

v R R

E A R A Φπ==

太阳向全空间发出的光通量:

24v v R E Φπ=

太阳的光亮度:

2cos r L A ν

νΦΩθ

∂=∂∂

由于各向同性，且cos 1θ=，22

24()4444v v v v r R E E R L A r r

Φπππππ=

==⋅，则： )(cd/m 1065.3107.0105.141042

82

911

22

⨯≈⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎪⎭

⎫ ⎝⎛=ππ

r R E L v

v

如果只考虑太阳的可见光部分，可以估算其辐射亮度。太阳辐射的峰值在可见光区，可见光区的中心大约在波长0.58微米处，87.0μm)58.0(=V 。 假设在可见光区,光谱光视效率的平均值 87.0=V ，VL K L m v =，

lm/W 683=m K ，则有：

8

523.6510 6.110(W/sr m )6850.87

V m L L K V ⨯==≈⨯⋅⨯ 2-8 解：

（1）光源置于桌子上方2.00m 时。

辐射照度:

2

90(lx)I

E d =

= 发光强度：

2360(cd)I Ed ==

（2）当把光源置于桌子上方3.00m 时。

桌子中心的照度：

236040(lx)9

I E d =

== 桌子边缘距光源的距离229110(m )d =+=，则

cos 0.948θ=

≈，可得：

2

cos 34.153(lx)I

E d θ=

= 2-9 解：根据题意，辐射源被认为是扩展源。 光学系统接收的辐射功率为:

222(/2)(/2)s s D P AM d D =+22

22

(/2)4(/2)

s s D D M d D π=⨯⨯+ 2

2

4

2

2

0.30.311040.31800π⨯=

⨯⨯⨯+ 51.96310W -=⨯

2-10 解：设在B 点处的接收面积为B ，通过的辐射通量为：

θθθ

θcos )

cos /(cos cos 2

A d

B L

ΩA L p =∆= 在B 点的辐照度为: