紅外輻射源能量光譜分布測試研究

劉蘭嬌

摘 要：該文從理論和實驗兩個方面，論述了紅外光譜儀、輻射源、輔助光路系統等構成的測試裝置進行紅外輻射源能量光譜分布測試的方法。論文中給出了常溫和加熱時的測試結果，并討論了常溫下紅外輻射源能量光譜分布測試性能。

關鍵詞：紅外技術 光譜測試

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（c）-0042-02

1 技術背景

紅外技術作為一種現代高科技技術，與激光技術并駕齊驅。它是研究紅外輻射的產生、傳播、轉化、測量及其應用的技術科學。紅外技術的主要發(fā)展體現在紅外探測技術方面。

紅外技術的發(fā)展始于1940年，但到60年代中葉，才真正出現了紅外探測系統。隨著該技術的不斷成熟，紅外技術被應用于很多領域。在軍事上的應用有紅外制導、紅外通信、夜視儀、探測隱身武器裝備和紅外預警，在國民經濟方面的應用有紅外測溫技術、紅外遙控技術、紅外遙感技術、紅外理療、紅外輻射加熱技術和紅外光譜技術等[1]。

2 紅外輻射源能量光譜分布測試的原理及裝置

紅外輻射波長在0，78～1000μm的一段電磁波譜，這其中還被分為近紅外波段（0.78～3μm），中外波段（3～40μm）和遠紅外波段（40～1000μm）[2]，屬于人眼看不見的波段，需要通過儀器才能探測到需要信息。

凡溫度在絕對零度以上的物體均能夠發(fā)射出紅外輻射，其輻射的峰值波長與物體的溫度有確定的關系，即維恩位移定律（Wien's displacement law）[2-3]：

另外，光頻率和波長的關系為，其中c為光速，也有波數表示波長，即（cm-1），這也是現代光譜儀常用的表示方法[1]，該文涉及的光譜儀就是使用這種方法表示波長的。

在韋恩定律的基礎上，人們發(fā)明了紅外光譜儀，它能將紅外輻射源的輻射能量按波長的分布以曲線的形式表示出，從而使我們看到清晰的紅外輻射源在某個波長處的相對輻射能量，獲得輻射波長位置，進而可以對紅外輻射源進行更深入的研究。圖2為紅外系統和紅外單色儀的光學原理圖。

M1和M4為反射鏡，M2準光鏡，M3為物鏡，M5為深橢球鏡，G為平面衍射光柵，S1為入射狹縫，S2和S3為出射狹縫，T為調制器單色儀使用的入射狹縫、出射狹縫均為直狹縫，寬度為0～2 mm連續(xù)可調。光源發(fā)出的光束進入入射狹縫S1，S2位于反射式準光鏡M2的焦面上，通過S1射入的光束經M2反射成平行光束投向平面光柵G上，衍射后的平行光束經物鏡M3成像在S2上。

3 實驗及結果

選取紅外光源和硅土樣品作為測試樣品，對紅外光源的測試，溫度選定為常溫，對硅藻泥的測試，溫度控制在200 ℃左右，設定掃描參數，掃描波長為4000～650 cm-1，即0.25～1.5 μm，間隔設定為5 cm-1和2 cm-1。

設定好參數后，分別對樣品的輻射能量進行采樣，得到樣品輻射能量光譜曲線，見圖3和圖4。

從圖3可以看到紅外光源的最大相對輻射波長在1.1μm處，而從硅土的輻射分布圖中可以看出樣品的輻射波段在0.8～1.3μm之間，屬近紅外波段，但由于硅土中摻雜了其他元素，其紅外輻射能量分布圖的噪聲比較大。

4 結語

利用該系統，可以對不同材料的輻射能量光譜進行測試，了解不同溫度下材料紅外輻射能量光譜分布情況，確定近紅外輻射波長位置。除此之外，利用該系統還可以設計透過率和吸收光譜的測試，對紅外輻射材料的光學特性研究有重要的作用。

參考文獻：

[1] 石曉光，王薊，葉文.紅外物理[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2005.

[2] 邢素霞.紅外熱成像與信號處理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

[3] 楊立，楊楨，等.紅外熱成像測溫原理與技術[M].北京：科學出版社，2012.endprint