ents of infrared technology, generation,transmission, and detection, Paul W. Kruse, et al. John Wiley & Sons, 1962 • 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. • Intrsubband infrared photodetectors, V. Ryzhii, World Scientific, 2003
1.电磁波的分类
• Gamma 射线：
• X射线：
• 紫外线：
• 可见光:
• 红外线： • 微波： • 射频：
0.38～0.75微米
0.75～1000微米
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 远红外/长波红 外/热红外 极远红外
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
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，
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
不同温度下黑体辐射出射度随波长的变化
3.维恩位移定律(Wien displacement formula)
黑体光谱辐射出射度的峰值波长m与绝对温度T的关系：
mT b
（1-3）
（可由普朗克公式（1-2）对波长求导，然后再令导数等于零求得）
式中，λm是光谱辐射出射度的峰值波长 ； b是维恩位移常数 ，b=(2897.8±0.4)(μm· K)； T是绝对温度（K）。 物理意义： 温度上升，辐射峰值总是朝着较短波长方向位移。 解释现象： 当物体温度升高时，它的颜色将跟着变化 。
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 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》
1.太阳
T≈ 5600K
2897 P 0.5 m T
太阳辐射的光谱分布可以用5600 K的黑体的辐射来近似表示
• 曲线1： 温度为6000K的黑体； • 曲线2：太阳在大气层外的辐出度光谱分布 • 曲线3：太阳在海平面上的辐出度光谱分布
太阳辐射很接近于黑体辐射
2.月亮
Reflected Sunlight（太阳反射） Thermal Emission（自身辐射）
• 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
1.3.1 基本定律 1.3.2 红外辐射源的分类 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。
红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，
又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。
1.3 红外辐射源
1. 1.3.1 热辐射的基本定律 基尔霍夫定律(Kirchhoff’s Law)
热平衡时，必有：
T
A
M E
E
M

（1-1）
其中，M是物体A的辐出度； α是物体A的吸收率； E是物体A上的辐照度
NIR/SWIR
MIR/MWIR FIR/LWIR/TIR
0.75～3
3～6 6～15 15～1000
XIR
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
估算
（1）人体（T=310 K） （2）太阳（T=6000 K）
b 2898 m μm 9.4 μm T 310 b 2898 m μm 0.48 μm T 6000
思考： 有何实际意义？
4.斯蒂芬-波耳兹曼定律（ Stefan-Boltzmann Law)
斯蒂芬和波尔兹曼先后于1879年和1884年分别从实验 测量和热力学推导中得出结论：黑体辐射的总能量与它 的绝对温度的四次方成正比。
• 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
P1 0.5 m
• 红外辐射更容易被物质吸收，但对薄雾来说，长
波红外辐射更容易通过。
红外技术：研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应 用的技术科学
主要内容：
• 红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、 强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折 射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。 • 红外元件、部件的研制，包括辐射源、红外探测器、微型 制冷器、红外窗口材料和滤光片等。 • 把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。 • 红外技术在军事上和国民经济中的应用。
表述： 在热平衡条件下，物体的辐射出射度与其吸收率的比值等 于空腔中的辐射照度，这与物体的性质无关。
•
结论：
E M
1. 好的吸收体必是好的发射体 （

）；
2. 对于不透明物体（透过率 0），好的发射体必 是弱的反射体（ 1 ）； 3. 如果反射率和透射率均为零，则吸收率等于1
黑体
黑体（black body） ：
任何温度下能够全部吸收任何波长入射辐射的物体
bb bb 1
一个理想化的概念 是一个比较标准
在一个密闭的空腔上开一个小孔， 腔孔的辐射就相当于 一个面积等于腔孔面积的黑体辐射
黑体模型
2.普朗克公式—黑体辐射理论最基本的公式
描述了黑体辐射的光谱分布：
•金属或其他非透明材料的辐射发生在表面几微米内,因此,发 射率与材料尺寸无关,主要与表面状态有关。表面涂复或刷漆 对发射率有影响，表面的油膜、污垢、灰尘、擦伤都能引起发 射率测量值的变化。
•发射率是有方向性的。
1.3.2 红外辐射源的分类
black body
1.3.3自然（红外）源
太阳、地球表面、天空、外层空间和星体等都是自然辐射源
红外与微光技术
张 艳
电子科技大学 光电信息学院
课程特点
知识面广 红外物理﹑工程光学﹑半导体物理﹑图像处理， 检测技术等。 应用广泛 军事领域 民用领域 科学研究
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

Mb
0
2 5 k 4 4 4 M d T T 15c 2 h3
（1-4）
（在从零到无穷大的波长范围内,对普朗克公式（1-2）积分 ）
2 4 式中 σ : 斯蒂芬-波耳兹曼常数, 5.6697×10-12 （ W cm K ）
意义： 红外辐射测温的理论基础
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
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
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