红外技术基础与应用-1-红外技术研究历史与现状

红外线气体分析仪
红外CO2检测仪的工作原理 检测仪的工作原理 红外
由于气体分子都有自己的特征吸收峰， 由于气体分子都有自己的特征吸收峰，CO2分 分 子在2349cm-1（4.26µm）有很强的吸收，波 子在 （ ）有很强的吸收， 带宽度为340cm-1（2160~2500cm-1），对辐 ），对辐 带宽度为 （ ）， 射强度的吸收与CO2浓度近似成线性关系 射强度的吸收与 浓度近似成线性关系
红外系统的功能和特点
1、基本组成：光学系统，调制盘，红外探测器， 、基本组成：光学系统，调制盘，红外探测器， 电子线路，显示记录装置等。 电子线路，显示记录装置等。 2、分类： 、分类： 主动式和被动式 接收 大气 目标辐射 光学系统 3、功能构成： 、功能构成：
（3）光子能量 ）
光子定义：在考虑电磁辐射的辐射和吸收问题时， 光子定义：在考虑电磁辐射的辐射和吸收问题时，必须把电磁辐射看成 是分立的“微粒”的集合，这种微粒称为光子。 是分立的“微粒”的集合，这种微粒称为光子。 1个光子能量 个光子能量
C/λ= ε=hν=hC/ hCσ
h为普朗克常数
单位：J h =6.63 ×10-34 (J.S)
五、红外辐射特性
1、红外辐射的特点： 、红外辐射的特点： a，具有波动特点 ， b，用波的参数来表示 ， C，ν，λ，σ ，
c，具有粒子性
2、红外线与可见的不同之处： 、红外线与可见的不同之处： a，红外线对人眼不敏感，必须用红外探测器才能接收到； ，红外线对人眼不敏感，必须用红外探测器才能接收到； b，红外线光量子能量比可见光的小； ，红外线光量子能量比可见光的小； c，红外线的热效应比可见光要强得多； 红外线的热效应比可见光要强得多； d，红外线更易被物质所吸收，对于薄雾，长波红外线更易通 ，红外线更易被物质所吸收，对于薄雾， 过； 3、倍频程 、
六、红外技术的研究与发展 红外技术是红外物理的研究对象 红外探测器的发展
历史上：1、 历史上：1、温度计发现了红外线的存在 2、30年后，出现了热电偶，热电堆，比温度 、 年后 出现了热电偶，热电堆， 年后， 计灵敏度高40倍 能从9米以外探测到人体 计灵敏度高 倍，能从 米以外探测到人体 的红外辐射。 的红外辐射。 3、高灵敏度测辐射热计（灵敏度又高 倍） 、高灵敏度测辐射热计（灵敏度又高30倍
热辐射的强度及光谱成分取决于辐射体的温度。 热辐射的强度及光谱成分取决于辐射体的温度。 温度对热辐射现象起着决定性作用。 温度对热辐射现象起着决定性作用。
三、电磁波谱
物质内部的带电粒子（如电子）的变速运动都会发射或吸收电磁辐射。
按波长的方法划分波谱区： 按波长的方法划分波谱区：
Г射线：原子核跃迁中产生的，具有很高的贯穿本领，具有粒 射线：原子核跃迁中产生的，具有很高的贯穿本领， 射线 子性； 子性； X射线：带电粒子轰击原子核产生的，较强的贯穿本领，具有 射线： 射线 带电粒子轰击原子核产生的，较强的贯穿本领， 粒子性； 粒子性； 紫外辐射：是电子在原子场中跃迁产生的，具有光化学作用， 紫外辐射：是电子在原子场中跃迁产生的，具有光化学作用， 具有粒子性和波动性； 具有粒子性和波动性； 可见光：电子跃迁，波动性，量子化，视觉作用； 可见光：电子跃迁，波动性，量子化，视觉作用； 红外辐射：分子振动转动，原子在高能态之间的跃迁， 红外辐射：分子振动转动，原子在高能态之间的跃迁，热效 波动性，粒子性； 应，波动性，粒子性； 微波：分子转动，波动性明显。 微波：分子转动，波动性明显。 无线电波：能量在电容电感之间振动产生的。 无线电波：能量在电容电感之间振动产生的。
二、大纲的基本内容
第一章 绪论 第二章 红外技术的基本理论 2.1红外辐射度学基础 红外辐射度学基础 2.2 辐射量的计算 2.3 红外辐射的基本定律 2.4 黑体辐射的计算 第三章 红外辐射源 3.1 黑体辐射源 3.2 电热固体红外辐射源 3.3 气体放电辐射源 3.4 红外激光器 3.5 自然辐射源
二、红外线的本质
红外线存在于自然界的任何一个角落
一切温度高于绝对零度的有生命和无生命的物体 时时刻刻都在不停地辐射着红外线， 时时刻刻都在不停地辐射着红外线，红外线源如 浩瀚的海洋充满了整个空间。 浩瀚的海洋充满了整个空间。
红外线是由物质内部发射出来的，物质的 红外线是由物质内部发射出来的， 运动是产生红外线的根源 红外辐射的本质就是热辐射
四、光子能量的计算
1、光速：因为所有的电磁辐射都具有波动性， 、光速：因为所有的电磁辐射都具有波动性， 称为电磁波， 称为电磁波，它在真空中具有相同 的传播速度，称为光速。 的传播速度，称为光速。
C=(2.99792458±0.00000012) ×108m/s≈3 ×108m/s ± 在真空中，光速C与电磁波频率ν，波长 的关系： 波长λ的关系 的关系： 在真空中，光速 与电磁波频率 λν= C 在介质中，同样频率ν的是电磁波 波长为λ’,其传播速度为 的是电磁波， 其传播速度为v 在介质中，同样频率 的是电磁波，波长为 其传播速度为v ，则 λ’ν= v ν= v/ λ’ 故 λ= C/ C/ν=C λ’ / v=n λ’ （n为介质对真空的折射率） 为介质对真空的折射率） 为介质对真空的折射率 则λ’ = λ × 1/n 表明，同一频率的电磁波，在介质中的波长是它在真空中波长的1/ 倍 表明，同一频率的电磁波，在介质中的波长是它在真空中波长的1/n倍。
红外光治疗仪
技术路线： 技术路线 a、采用自行设计并制造非球面反射镜的方法制造 深抛物镜，深椭球镜。 深抛物镜，深椭球镜。 采用相对应的石英透射实现再聚焦。如下图: b、采用相对应的石英透射实现再聚焦。如下图:
卤钨灯
电源控 制装置
抛ห้องสมุดไป่ตู้镜
透镜
导光光波导
红外空芯传能光纤
传输波长： 传输波长：10.6µm（CO2 （ 激光）； 激光）； 传输功率可达100W（长时间 （ 传输功率可达 使用要加水冷）、 ）、脉冲 使用要加水冷）、脉冲 1000W； ； 柔软性好（ 柔软性好（最小弯曲半径为 20cm）； ）； 传输损耗： 传输损耗：0.2~0.4dB/m（每 （ 米透过率大于90%）； 米透过率大于 ）； 无端面反射； 无端面反射； 输出光束可聚焦； 输出光束可聚焦；
一般一台红外线C0 气体分析仪由三个基本部分组成： 一般一台红外线C02气体分析仪由三个基本部分组成：红 外线辐射源、气室和检测器。气室中有C0 外线辐射源、气室和检测器。气室中有C02存在时会减少到达 检测器的辐射，从而减少检测器的输出信号。 检测器的辐射，从而减少检测器的输出信号。
LHLH-1型红外系统光路图
第四章 红外光学材料及光学薄膜 4.1 红外光学材料 4.2 光学薄膜 4.3 滤光片 第五章 红外辐射在大气中的传输 第六章 红外探测器概述 第七章 典型的红外仪器及应用
第一章
绪论
一、红外辐射的基本知识 1.1 红外线的发现史 1.1.1 对红外的最初探索 1.1.2 威廉.赫胥耳实验 1.1.3 辐射热的波动性 1.1.4 红外线最终被承认
2、红外技术在生产生活中的应用
民用方面 在实际生活中的应用、在信息领域的应用、 在实际生活中的应用、在信息领域的应用、 红外成像、红外遥感、红外测温、 红外成像、红外遥感、红外测温、红外理 疗、红外加热等 军事方面 红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制 红外成像、红外侦察、红外跟踪、 导、红外预警等
现代： 、 世纪 世纪40年代的光子探测器的问世 现代：1、20世纪 年代的光子探测器的问世 2、实用的第一个红外探测器是二战中德国的 、实用的第一个红外探测器是二战中德国的PbS等 等 铅盐探测器的出现 3、20世纪 年代后期的 世纪50年代后期的 探测器， 、 世纪 年代后期的InSb探测器，限于 探测器 限于8µm， ， 掺杂的非本征器件如： 掺杂的非本征器件如：Ge:Au,Ge:Hg等，响应 等 可达150µm。 可达 。 4、20世纪 年代，三元化合特器件如 世纪70年代 、 世纪 年代，三元化合特器件如HgCdTe，使红外技术在 ， 卫星预警、侦察、民用、遥感等技术中应用。 卫星预警、侦察、民用、遥感等技术中应用。 5、近年来的红外焦平面列阵技术的研究，使芯片上封装成千上 、近年来的红外焦平面列阵技术的研究， 万个探测器，进行信号处理制成凝视型红外系统。 万个探测器，进行信号处理制成凝视型红外系统。
的关系： 越长， ε与λ的关系：λ越长，则ε越小
例题： 例题： 1、已知：1W的辐射功率 已知：1W的辐射功率
求：相当于每秒的光子数？ 相当于每秒的光子数？ 1W辐射功率的光子数各是多 当λ=1µm， λ=10µm 时，1W辐射功率的光子数各是多 少？
2、计算：当波长由λ1 =5461×10-8cm变为波长λ2 cm变为波长 变为波长λ 计算：当波长由λ =5461× =5460× =5460×10-8cm时的光子能量ε的变化值？ cm时的光子能量 的变化值？ 时的光子能量ε
红外辐射也称作红外线， 红外辐射也称作红外线，是介于可见光红 光端与微波之间的电磁辐射， 光端与微波之间的电磁辐射，其波长范围 是从0.75µm~1000 µm之间 是人眼看不 之间,是人眼看不 是从 µ 之间 到的部份. 到的部份 学习红外技术的重要意义: 学习红外技术的重要意义
红外技术是现代光电子技术领域的重要组成部 在现代科学技术中,光电子技术是以激光 份,在现代科学技术中 光电子技术是以激光、红 在现代科学技术中 光电子技术是以激光、 微光、光纤、 外、微光、光纤、微电子等现代光电子器件为基 由光学、精密机械、 础；由光学、精密机械、电子学和计算机科学相 结合的新兴科技领域， 结合的新兴科技领域，在国民和国防建设中占有 十分重要的意义。 十分重要的意义。
红外技术基础与应用
本次课的主要内容: 本次课的主要内容: 红外技术研究历史与现状 大纲的基本内容介绍
红外技术研究历史与现状
1、什么是红外技术？学习红外技术的重要意义。 、什么是红外技术？学习红外技术的重要意义。 红外技术：研究红外辐射的产生、传输、 红外技术：研究红外辐射的产生、传输、转 探测及应用的一门技术科学。 换、探测及应用的一门技术科学。 红外辐射：从物理学角度来讲， 红外辐射：从物理学角度来讲，任何物体在常 规环境下都会由于自身分子原子的 不停运动而辐射出红外能量， 不停运动而辐射出红外能量，物 体的温度越高，辐射出的红外线就 体的温度越高， 越强。 越强。
成为军事目标的侦察、监视、 成为军事目标的侦察、监视、预警与跟踪 的重要手段。 侦察卫星、 的重要手段。如：侦察卫星、导弹预警卫 星等 红外制导是一种重要的制导方式 红外通信比微波更具方向性适合保密通信 军用夜视仪 是探测隐身飞行器的一种手段 对威胁进行红外告警
3、中红外波段的研究进展
气体浓度检测装置 红外光治疗仪 中红外波段的红外传能光纤
十二头激光缝绣机
绣花场景片段
帶寬：a，700 – 3800cm-1以上。如下圖
WQF-660型傅立叶变换中红外光纤光谱仪和空芯中红外光纤 型傅立叶变换中红外光纤光谱仪和空芯中红外光纤
中红外光纤原位在体无创体表检测甲状腺照片
集成式多芯微结构光纤的研究,已经研制成 集成式多芯微结构光纤的研究 已经研制成 功单结构光纤、 功单结构光纤、集成的光子晶体光纤和带 隙式的、大模面积光子晶体光纤等几十种， 隙式的、大模面积光子晶体光纤等几十种， 经天津大学、 经天津大学、北京交通大学等测试发现了 一些在世界上还没有报导过的新现象， 一些在世界上还没有报导过的新现象，在 光通讯中具有十分重要的应用价值。 光通讯中具有十分重要的应用价值。 超大功率集成式多芯结构光纤激光器的研 究
（2）波数 ）
除了用波长和频率来表征电磁波外，还经常使用到波数 ， 除了用波长和频率来表征电磁波外，还经常使用到波数σ， σ=1/λ=ν/C 单位：1/m
意义：相当于真空中 米长的路程上包含有多少个波长的数目 米长的路程上包含有多少个波长的数目。 意义：相当于真空中1米长的路程上包含有多少个波长的数目。