电子科技大学：《敏感材料与传感器 Sensitive Materials and Sensors》课程教学资源（课件讲稿）第六章 新型红外传感器 第1节 红外辐射的基本知识

986 第六章 新型红外传感器 一、红外辐射的基本知识 二、红外传感器 三、非致冷红外传感器 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

第六章 新型红外传感器 一 、红外辐射的基本知识 二、红外传感器 三、非致冷红外传感器

一、红外辐射的基本知识 986 1.红外辐射基本概念 ◆红外辐射俗称红外线：波长大 THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM 致在0.78μm到1000μm范围内 Wavelength 103 102 10 1 10110 10 10103 1010310101001011012 的电磁波； (in meters) Size of a wavelength ◆红外辐射人眼不可见； Common name of wave EADO WAVES INFRARED TtAC日 HAID X LAYS ◆任何温度高于绝对零度的物体 0TXA丽 G格从RA门 ,都可产生红外辐射。 ◆红外线与可见光、紫外线、X射 Frequency waves pe 线、Y射线和微波、无线电波 second) 100710 10 10 1001o1102 10410510610171018109 10 Energy of one photon 一起构成了整个无限连续的电 1091010210410310410311031011101021031010510 磁波谱。 电子料技大学 敏感材料与传感器课程组 制性

一 、红外辐射的基本知识 1. 红外辐射基本概念 u红外辐射俗称红外线：波长大 致在0.78μm到1000μm范围内 的电磁波； u红外辐射人眼不可见； u任何温度高于绝对零度的物体 ，都可产生红外辐射。 u红外线与可见光、紫外线、X射 线、γ射线和微波、无线电波 一起构成了整个无限连续的电 磁波谱

一、红外辐射的基本知识 /986 1.红外辐射基本概念 ◆红外光谱学分区 注意：“远近”是指红外辐 近红外区： 0.78~2.5m 射在电磁波谱中与可见光的 中红外区： 2.550um 距离。 远红外区： 501000m ◆红外成像技术分区 近红外区： 12.5μm 中红外区： 3×5um 远红外区： 8~14μm 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

一 、红外辐射的基本知识 1. 红外辐射基本概念 u红外光谱学分区 近红外区: 0.78 ~ 2.5µm 中红外区: 2.5 ~ 50µm 远红外区: 50~ 1000µm 注意： “远近”是指红外辐 射在电磁波谱中与可见光的 距离。 u红外成像技术分区 近红外区: 1 ~ 2.5µm 中红外区: 3 ~ 5µm 远红外区: 8~ 14µm

一、红外辐射的基本知识 /986 1.红外辐射基本概念 ◆红外辐射的物理本质 >红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多， 红外辐射的能量就越强。 >太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光逐渐增大，而且最大的热效 应出现在红外辐射波谱范围内；被物体吸收时，可以显著地转变为热能。因 此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

一 、红外辐射的基本知识 1. 红外辐射基本概念 u红外辐射的物理本质 Ø 红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多， 红外辐射的能量就越强。 Ø 太阳光谱各种单色光的热效应从紫色光到红色光逐渐增大，而且最大的热效 应出现在红外辐射波谱范围内；被物体吸收时，可以显著地转变为热能。因 此人们又将红外辐射称为热辐射或热射线

一、红外辐射的基本知识 986 2.红外辐射三大定律 ◆吸收、反射、透射定律 QAT PaT +TaT =1 ◆基尔霍夫定律：物体发射本领和吸收本领的比值与辐射波长和温度有关 ，而与物体的性质无关 MAT aAT Mb灯=MbT=f(2T) abAT 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

一 、红外辐射的基本知识 2. 红外辐射三大定律 u 吸收、反射、透射定律 u 基尔霍夫定律：物体发射本领和吸收本领的比值与辐射波长和温度有关 ，而与物体的性质无关

一、红外辐射的基本知识 986 2.红外辐射三大定律 ◆普朗克定律：基于量子概念，借助于空腔和谐振子概念，导出黑 体辐射出射度： C1λ-5 MbAT exp(好)-1 >物体受热自发发射电磁辐射的基本规律 (UV-毫米波) >只要温度高于绝对零度，就有电磁辐射： >辐射度-波长曲线组的极大值连线是一条直线，即维恩定律； >与黑体辐射实验完全一致； >爱因斯坦据此提出受激辐射的概念。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

一 、红外辐射的基本知识 2. 红外辐射三大定律 Ø物体受热自发发射电磁辐射的基本规律（UV-毫米波） Ø只要温度高于绝对零度，就有电磁辐射； Ø辐射度-波长曲线组的极大值连线是一条直线，即维恩定律； Ø与黑体辐射实验完全一致； Ø爱因斯坦据此提出受激辐射的概念。 u 普朗克定律：基于量子概念，借助于空腔和谐振子概念，导出黑 体辐射出射度：

一、红外辐射的基本知识 986 2.红外辐射三大定律 Visible radiant energy band 109 109 6000K Blackbody radiation curve at the sun's temperature 107 4000K Blackbody radiation curve 106 at incandescent lamp temperature 3000K 105 2000K 104 1000K 103 102 lackbody radiation curve the earth's temperature 101 300.K 200K 0.10.2 0.5 2 10 2050100 Wavelength (um) 黑体光谱辐射出射度分布曲线 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

一 、红外辐射的基本知识 黑体光谱辐射出射度分布曲线 2. 红外辐射三大定律

红外辐射的基本知识 986 2.红外辐射三大定律 ◆衍生定律之一：对Planck公式进行全波长积分，则有Stenfan- Boltzman.定律，即黑体全光谱出射度与温度的关系： Mbr=σT4 以及黑体峰值波长出射度与温度的关系：MbT以m =BT5 ◆辐射对比度：目标物与背景辐射的 >对目标温度310K、背景温度300K 差别。全光谱范围辐射对比度为： 下，各波段对比度： 短波红外的辐射对比度C1-2.5为0.3174 aT 2AT 中波红外的辐射对比度C3-5为0.1742 oT+(TB+△T) TR +2AT 长波红外的辐射对比度Cg-12为0.0793 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

一 、红外辐射的基本知识 2. 红外辐射三大定律 u 衍生定律之一：对Planck公式进行全波长积分，则有Stenfan￾Boltzman定律，即黑体全光谱出射度与温度的关系： 以及黑体峰值波长出射度与温度的关系： u 辐射对比度：目标物与背景辐射的 差别。全光谱范围辐射对比度为： Ø对目标温度310K、背景温度300K 下，各波段对比度：

一、红外辐射的基本知识 /986 3.红外辐射的大气传播特性 口红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸汽以及固 体微粒、尘埃等物质的吸收和散射作用，使辐射能在传输过程中逐 渐衰减。空气中对称的双原于分子，如N2,H2,02不吸收红外辐射， 因而不会造成红外辐射在传输过程中衰减。 口红外辐射在通过大气层时被分割成三个波段，即2-2.6μm,3-5μm 和8-14μm,统称为“大气窗口”。这三个大气窗口对红外技术应用 特别重要，因为一般红外仪器都工作在这三个窗口之内。 电子科技大学敏感材料与传感器课程组制作

一 、红外辐射的基本知识 3. 红外辐射的大气传播特性 p红外辐射在大气中传播时，由于大气中的气体分子、水蒸汽以及固 体微粒、尘埃等物质的吸收和散射作用，使辐射能在传输过程中逐 渐衰减。空气中对称的双原于分子，如N2，H2，O2不吸收红外辐射， 因而不会造成红外辐射在传输过程中衰减。 p红外辐射在通过大气层时被分割成三个波段，即2-2.6μm，3-5μm 和8-14μm，统称为“大气窗口” 。这三个大气窗口对红外技术应用 特别重要，因为一般红外仪器都工作在这三个窗口之内

一、红外辐射的基本知识 986 3.红外辐射的大气传播特性 Shortwave【SM Longwave [LW门 t00 竹↑↑↑↑ HO H,0 H,040 c0,0 Absorbing molecules 通过一海里(1.85km)长度大气的透过率曲线 电子科技大学敏感材料与传感器课程组 制作

一 、红外辐射的基本知识 3. 红外辐射的大气传播特性 通过一海里(1.85km)长度大气的透过率曲线