第一章红外物理基础.上课讲义
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• Intrsubband infrared photodetectors, V. Ryzhii, World Scientific, 2003
• Comman sense approach to thermal imaging, Gerald C. Holst, JCD, SPIE, 2000.
• Maldague, Xavier P. V., Theory and practice of infrared technology for nondestructive testing, John Wliley & Sons, 2001
态 为以后的工作和科研提供参考
➢主要参考书目
吴宗凡等，《红外与微光技术》，国防工业出版社， 1998年
张建奇等，《红外物理》，西安电子科技大学出版社， 2004年
陈永甫编著，《红外辐射、红外器件与典型应用》，电子 工业出版社，2004年
张敬贤等，《微光与红外成像技术》，北京理工大学出版 社，1995年
远红外/长波红 外/热红外
极远红外
NIR/SWIR MIR/MWIR FIR/LWIR/TIR XIR
0.75～3 3～6 6～15
15～1000
➢红外大气窗口：大气对红外辐射基本是透明的
1～3微米﹑3～5微米﹑8～15微米
红外大气窗口
3.根据红外辐射产生的机理进行划分：
近红外区：0.75～2.5微米，对应于原子能级之间的 跃迁和分子振动泛频区的振动光谱带
• Irving J. Spiro, Monroe Schlessinger, Infrared technology fundamentals, MARCEL DEKKER,INC., 1989
• A. R. JHA, Infrared Technology, Applications to Electrooptics, Photonic Devices, and Sensors， 2000
➢ 合作光源
地面通讯，红外系统对抗，无人驾驶飞机的指令联络
民用领域
➢工业
森林火灾探测，铁路车辆过热轴颈箱的探测，工 艺控制，探测晴空大气湍流，空气污染分析，环 境检测，非破坏性实验，车速探测等
➢医学
皮肤温度测量，癌症早期探查，远距离生物传感 器，初期脑溢血的早期诊断，测定静脉堵塞的部 位，研究动物的夜间习性，监视愈合过程等
2. 红外线的本质
一切温度高于绝对零度的物体（有生命和 无生命）的物体时时刻刻都在不停的辐射 红外线
红外线无处不在
3.红外线的主要效应
红外线的热效应
红外线的生物效应 医疗保健： 消炎﹑促进再生﹑免疫调节 不利影响： 波长0.8～1.2微米的短波红外，
造成“红外线白内障” 光电效应等
1.2 电磁波谱
1.电磁波的分类
• Gamma 射线： • X射线： • 紫外线： • 可见光: 0.38～0.75微米 • 红外线： 0.75～1000微米 • 微波： • 射频：
2. 红外辐射的光谱划分
• 根据红外辐射在地球大气层中的传输特性划分：
名称
英文缩写
波长范围（微米）
近红外/短波红 外
中红外/中波红 外
中红外区：2.5～25微米，对应分子转动能级和振动 能级之间的跃迁
远红外区：25～1000微米，对应分子转动能级之间 的跃迁
4.红外辐射的特点
• 电磁波，具有与可见光相似的特性，如反射﹑折 射﹑干涉﹑衍射和偏振
• 人眼对红外辐射不敏感，需用红外探测器才能探 测到；
A.R.杰哈著，《红外技术应用》，化工出版社，2004年
其他：
– 《红外探测器》 – 《红外电子学》 – 《红外光学系统》 – 《红外光谱》 – 《红外技术实验与方法》 – 《红外系统》
• Elements of infrared technology, generation,transmission, and detection, Paul W. Kruse, et al. John Wiley & Sons, 1962
SPIE “INFRARED TECHNOLOGY AND APPLICATIONS”国际会议
主要内容
➢ 第一章 红外物理基础 ➢ 第二章 红外探测器 ➢ 第三章 红外探测器的参数测试 ➢ 第四章 微光探测技术 ➢ 第五章 制冷技术 ➢ 第六章 红外与微光技术应用
第一章 红外物理基础
1.1 红外线的发现与本质 1.2 电磁波谱 1.3 红外辐射源
第一章红外物理基础.
军事领域
➢ 搜索﹑跟踪﹑测距
导弹制导，导航和飞行控制，目标探测，入侵检测，飞机碰撞预警等
➢ 辐射测量
地形分析，毒气的探测，目标和背景的特性等
➢ 热成像
侦察和监视，热测绘，潜艇探测，导弹的地下发射阱、人员、车辆、武器野 营吹火以及战地营房的探测等
➢ 反射通量测量
夜间驾驶，冲锋枪的射击，入侵检测，伪装探测，基地保卫，停泊和着陆等
• Infrared optoelectronics, device and applications, William Nunley, et al., Marcel Dekker, 1987
• Semiconductor quantum wells and superlattices for longwavelength infrared detectors, M. O. Marasreh, Artech house, 1993.
1.3.1 基本定律 1.3.2 Fra Baidu bibliotek外辐射源的分类 1.3.3 自然源 1.3.4 标准源 1.3.5 人造源
1.4红外系统
1.1红外线的发现与本质
1. 1800年，英国天文学 家 Herschel 用棱镜将太 阳光色散，并利用灵敏的 温度计进行探测，发现在 红光外测温度计温度比红 光区域高。 证明了红外线的存在。
科学研究
卫星探测 天体温度测量 气象情况的遥测 植物中热交换的研究 地球和星星大气成分的测定 其他行星上的植被或生命的探测 研究火山，侦察海面浮冰，石油勘探， 伪造品的探测，宝石鉴定，探测患病的农作物
➢学习本课程的意义
拓宽知识面 将理论知识用于实践，融会贯通，提高解决实际
问题的能力 了解红外与微光技术实际应用水平和最新发展动
• Comman sense approach to thermal imaging, Gerald C. Holst, JCD, SPIE, 2000.
• Maldague, Xavier P. V., Theory and practice of infrared technology for nondestructive testing, John Wliley & Sons, 2001
态 为以后的工作和科研提供参考
➢主要参考书目
吴宗凡等，《红外与微光技术》，国防工业出版社， 1998年
张建奇等，《红外物理》，西安电子科技大学出版社， 2004年
陈永甫编著，《红外辐射、红外器件与典型应用》，电子 工业出版社，2004年
张敬贤等，《微光与红外成像技术》，北京理工大学出版 社，1995年
远红外/长波红 外/热红外
极远红外
NIR/SWIR MIR/MWIR FIR/LWIR/TIR XIR
0.75～3 3～6 6～15
15～1000
➢红外大气窗口：大气对红外辐射基本是透明的
1～3微米﹑3～5微米﹑8～15微米
红外大气窗口
3.根据红外辐射产生的机理进行划分：
近红外区：0.75～2.5微米，对应于原子能级之间的 跃迁和分子振动泛频区的振动光谱带
• Irving J. Spiro, Monroe Schlessinger, Infrared technology fundamentals, MARCEL DEKKER,INC., 1989
• A. R. JHA, Infrared Technology, Applications to Electrooptics, Photonic Devices, and Sensors， 2000
➢ 合作光源
地面通讯，红外系统对抗，无人驾驶飞机的指令联络
民用领域
➢工业
森林火灾探测，铁路车辆过热轴颈箱的探测，工 艺控制，探测晴空大气湍流，空气污染分析，环 境检测，非破坏性实验，车速探测等
➢医学
皮肤温度测量，癌症早期探查，远距离生物传感 器，初期脑溢血的早期诊断，测定静脉堵塞的部 位，研究动物的夜间习性，监视愈合过程等
2. 红外线的本质
一切温度高于绝对零度的物体（有生命和 无生命）的物体时时刻刻都在不停的辐射 红外线
红外线无处不在
3.红外线的主要效应
红外线的热效应
红外线的生物效应 医疗保健： 消炎﹑促进再生﹑免疫调节 不利影响： 波长0.8～1.2微米的短波红外，
造成“红外线白内障” 光电效应等
1.2 电磁波谱
1.电磁波的分类
• Gamma 射线： • X射线： • 紫外线： • 可见光: 0.38～0.75微米 • 红外线： 0.75～1000微米 • 微波： • 射频：
2. 红外辐射的光谱划分
• 根据红外辐射在地球大气层中的传输特性划分：
名称
英文缩写
波长范围（微米）
近红外/短波红 外
中红外/中波红 外
中红外区：2.5～25微米，对应分子转动能级和振动 能级之间的跃迁
远红外区：25～1000微米，对应分子转动能级之间 的跃迁
4.红外辐射的特点
• 电磁波，具有与可见光相似的特性，如反射﹑折 射﹑干涉﹑衍射和偏振
• 人眼对红外辐射不敏感，需用红外探测器才能探 测到；
A.R.杰哈著，《红外技术应用》，化工出版社，2004年
其他：
– 《红外探测器》 – 《红外电子学》 – 《红外光学系统》 – 《红外光谱》 – 《红外技术实验与方法》 – 《红外系统》
• Elements of infrared technology, generation,transmission, and detection, Paul W. Kruse, et al. John Wiley & Sons, 1962
SPIE “INFRARED TECHNOLOGY AND APPLICATIONS”国际会议
主要内容
➢ 第一章 红外物理基础 ➢ 第二章 红外探测器 ➢ 第三章 红外探测器的参数测试 ➢ 第四章 微光探测技术 ➢ 第五章 制冷技术 ➢ 第六章 红外与微光技术应用
第一章 红外物理基础
1.1 红外线的发现与本质 1.2 电磁波谱 1.3 红外辐射源
第一章红外物理基础.
军事领域
➢ 搜索﹑跟踪﹑测距
导弹制导，导航和飞行控制，目标探测，入侵检测，飞机碰撞预警等
➢ 辐射测量
地形分析，毒气的探测，目标和背景的特性等
➢ 热成像
侦察和监视，热测绘，潜艇探测，导弹的地下发射阱、人员、车辆、武器野 营吹火以及战地营房的探测等
➢ 反射通量测量
夜间驾驶，冲锋枪的射击，入侵检测，伪装探测，基地保卫，停泊和着陆等
• Infrared optoelectronics, device and applications, William Nunley, et al., Marcel Dekker, 1987
• Semiconductor quantum wells and superlattices for longwavelength infrared detectors, M. O. Marasreh, Artech house, 1993.
1.3.1 基本定律 1.3.2 Fra Baidu bibliotek外辐射源的分类 1.3.3 自然源 1.3.4 标准源 1.3.5 人造源
1.4红外系统
1.1红外线的发现与本质
1. 1800年，英国天文学 家 Herschel 用棱镜将太 阳光色散，并利用灵敏的 温度计进行探测，发现在 红光外测温度计温度比红 光区域高。 证明了红外线的存在。
科学研究
卫星探测 天体温度测量 气象情况的遥测 植物中热交换的研究 地球和星星大气成分的测定 其他行星上的植被或生命的探测 研究火山，侦察海面浮冰，石油勘探， 伪造品的探测，宝石鉴定，探测患病的农作物
➢学习本课程的意义
拓宽知识面 将理论知识用于实践，融会贯通，提高解决实际
问题的能力 了解红外与微光技术实际应用水平和最新发展动