自然界中一切溫度高于熱力學零度的物體無時無刻不在產(chǎn)生著紅外輻射，且這種輻射都攜帶有輻射物體的特征信息，這為探測和識別各種目標提供了客觀基礎。因此，自從英國天文學家赫謝耳(Herschel)在1800年發(fā)現(xiàn)紅外線以來，隨著紅外輻射理論、紅外探測器、紅外光學以及紅外探測及跟蹤系統(tǒng)等的發(fā)展，紅外技術在國民經(jīng)濟、國防和科學研究中得到了廣泛的應用，已經(jīng)成為現(xiàn)代光電子技術的重要的組成部分，受到世界各國的普遍的關注。因此，許多高等學校在相關專業(yè)和學科的本科生、研究生培養(yǎng)中開設了紅外物理與技術方面的課程，以適應國民經(jīng)濟建設、國防和科學研究對紅外技術人才的需求。
紅外物理以電磁波譜中的紅外輻射為特定對象，主要研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳輸及探測過程的現(xiàn)象、機理、特征和規(guī)律等；紅外技術以紅外物理為基礎，研究目標的紅外輻射特點、探測與成像、紅外信息處理及應用方法等。隨著紅外技術的不斷推廣和應用，會出現(xiàn)許多新的物理問題和現(xiàn)象，從而推動紅外物理的研究不斷深入。為了讓理科學生在掌握扎實的紅外物理基本知識的同時，得到紅外技術方面應用能力的培養(yǎng)，讓工科學生在學好紅外技術應用知識的同時，進一步夯實紅外物理的理論知識，本書將紅外物理、紅外技術兩大部分內(nèi)容盡量有機地融合在一起，并加入了該領域內(nèi)新的理論知識和技術，以利于學生全面素質(zhì)的培養(yǎng)和提高。
本書共分9章，按照從理論到技術的順序，具體內(nèi)容安排是：第1章介紹紅外物理學的研究對象和研究內(nèi)容、紅外物理學歷史和紅外物理與現(xiàn)代科學技術的關系。第2章介紹紅外輻射度學的基礎，基本輻射量的定義、朗伯余弦定理和漫輻射源的輻射特征、輻射在介質(zhì)傳輸時的衰減和常用到的幾個紅外輻射規(guī)律。第3章介紹熱輻射的基本規(guī)律，熱輻射遵循的三大定律：普朗克輻射定律、維恩位移定律和斯特藩-玻耳茲曼定律，實際物體的發(fā)射率和黑體輻射的簡便計算方法，紅外輻射測溫原理。第4章介紹典型紅外輻射源和黑體輻射源的理論和應用分析。第5章介紹紅外探測器的分類、性能指標和常用的探測器的物理原理。第6章介紹紅外加熱技術的原理和實際生活中的應用，紅外輻射材料和應用，常見的幾種紅外加熱器件。第7章介紹紅外光譜的基礎知識、紅外分析儀的優(yōu)缺點和近代紅外二維光譜的發(fā)展。第8章介紹熱成像的原理和在工業(yè)、軍事上的應用。第9章介紹紅外理療的基礎知識、國內(nèi)外紅外理療器件和紅外在中國傳統(tǒng)醫(yī)學中的應用。
本書可以作為高等學校物理學、應用物理學、光電信息科學等專業(yè)的高年級本科生或光學工程、生物醫(yī)學工程等專業(yè)碩士生的教材，也可供從事紅外器件和紅外應用的科技人員參考使用。
本書由李光教授總體負責，第1章由關麗編寫，第2、3、4章由李光編寫，第5、6章由楊景發(fā)編寫，第7章由張瑋編寫，第8章由李旭編寫，第9章由劉素玲編寫。
在編寫過程中，除文中列出的參考文獻外，還在網(wǎng)絡上查閱了大量的資料，在此對相關作者表示感謝。
由于編者水平有限，書中難免存在不妥之處，歡迎大家批評指正。
編者
第1章 緒論 001
1.1 紅外物理學研究的對象 001
1.1.1 紅外輻射的電磁波譜 001
1.1.2 紅外線的定義 002
1.1.3 紅外線的特點 003
1.2 紅外技術的發(fā)展史 004
1.3 紅外物理學與現(xiàn)代科學技術的關系 005
1.3.1 紅外技術在軍事上的應用 005
1.3.2 紅外技術在工業(yè)上的應用 006
習題 006
第2章 紅外輻射基礎知識 007
2.1 引言 007
2.2 基本輻射量和光譜輻射量 008
2.2.1 輻射功率 008
2.2.2 輻出度 009
2.2.3 輻射強度 009
2.2.4 輻射亮度(輻亮度) 010
2.2.5 輻照度 011
2.3 光譜輻射量和光子輻射量 012
2.3.1 光譜輻射量 012
2.3.2 光子輻射量 013
2.4 朗伯余弦定律和漫輻射源的輻射特性 013
2.4.1 朗伯余弦定律 013
2.4.2 漫輻射源的輻射特性 014
2.5 輻射量計算舉例 015
2.5.1 點源向圓盤發(fā)射的輻射功率 016
2.5.2 小面源產(chǎn)生的輻照度 016
2.5.3 均勻大面積朗伯擴展源產(chǎn)生的輻照度 017
2.6 輻射在傳輸媒質(zhì)中的衰減 018
2.6.1 反射比、吸收比、透射比 019
2.6.2 容易混淆的幾個概念 020
2.6.3 吸收比與吸收系數(shù) 021
2.6.4 散射系數(shù)和衰減系數(shù) 022
2.6.5 衰減媒質(zhì)的透射 023
2.6.6 考慮媒質(zhì)衰減時的輻射計算 024
2.7 輻射功率的測量 026
2.8 紅外輻射的幾個定理 027
2.8.1 立體角投影定理 027
2.8.2 Sumpner定理 027
2.8.3 角系數(shù)定理 028
2.8.4 阿貝定律 030
2.8.5 輻射在反射系統(tǒng)的像 031
2.8.6 輻射在透射系統(tǒng)的像 032
習題 033
第3章 熱輻射的基本規(guī)律 036
3.1 輻射的起源 036
3.2 基爾霍夫定律和黑體模型 037
3.2.1 基爾霍夫定律 037
3.2.2 密閉空腔的輻射為黑體輻射 038
3.3 普朗克輻射定律 039
3.3.1 普朗克公式的推導 039
3.3.2 普朗克公式的意義 040
3.3.3 用光子數(shù)表示的普朗克輻射定律 041
3.3.4 普朗克公式的近似 041
3.4 維恩位移定律 042
3.4.1 維恩位移定律的定義 042
3.4.2 黑體光譜輻出度的峰值 043
3.4.3 光子輻射量的維恩位移定律 043
3.5 斯特藩-玻耳茲曼定律 044
3.6 黑體輻射的簡易計算方法 045
3.6.1 黑體輻射函數(shù)表 045
3.6.2 計算舉例 046
3.7 輻射的光譜效率和輻射對比度 047
3.7.1 輻射的光譜效率和工程最大值 047
3.7.2 輻射對比度 049
3.7.3 熱導數(shù) 050
3.8 發(fā)射率和實體輻射 050
3.8.1 半球發(fā)射率 051
3.8.2 方向發(fā)射率 051
3.8.3 影響發(fā)射比的因素 054
3.9 紅外輻射測溫法 058
3.9.1 全輻射法 058
3.9.2 亮度法 059
3.9.3 比色法 060
習題 060
第4章 紅外輻射源 063
4.1 典型紅外輻射源 063
4.1.1 實用紅外輻射源 063
4.1.2 腔型黑體輻射源 065
4.1.3 低頻調(diào)制時的黑體源輻射計算 068
4.2 古費理論 070
4.2.1 腔型輻射體的有效發(fā)射率 070
4.2.2 角度因子的推導和有效發(fā)射率的簡化 072
習題 074
第5章 紅外探測器 076
5.1 紅外探測器的分類 076
5.2 紅外探測器的性能指標 078
5.2.1 響應度 078
5.2.2 光譜響應 078
5.2.3 噪聲電壓 079
5.2.4 探測度 080
5.2.5 響應時間 080
5.3 熱敏紅外探測器 080
5.3.1 溫差電偶型探測器 080
5.3.2 熱敏電阻型探測器 081
5.3.3 熱釋電型紅外探測器 082
5.3.4 氣動型紅外探測器 083
5.4 光子探測器 084
5.4.1 光電子發(fā)射(PE)探測器 084
5.4.2 光電導(PC)探測器 084
5.4.3 光伏(PV)型探測器 085
5.5 成像探測器 086
5.5.1 紅外底片 086
5.5.2 紅外變像管 086
5.5.3 攝像管 087
習題 088
第6章 紅外加熱技術 089
6.1 紅外加熱技術的概念、意義與發(fā)展概況 089
6.1.1 紅外加熱技術的概念 089
6.1.2 紅外加熱技術在國民經(jīng)濟中的意義 090
6.1.3 紅外加熱技術的發(fā)展概況 090
6.2 遠紅外輻射加熱技術的基礎知識 090
6.2.1 遠紅外輻射加熱技術的基本原理 090
6.2.2 熱能傳遞的三種途徑 091
6.2.3 不同傳熱方式機理的比較 092
6.3 遠紅外輻射涂料 093
6.3.1 紅外輻射涂料的作用 093
6.3.2 紅外輻射涂料的種類 093
6.3.3 輻射層的涂覆工藝 094
6.4 各種紅外加熱器件 095
6.4.1 加熱器的結(jié)構(gòu)及分類 095
6.4.2 燈型紅外輻射器 095
6.4.3 管狀紅外輻射器 096
6.4.4 陶瓷管和集成式電熱膜紅外輻射器 097
6.4.5 板狀紅外輻射器 097
6.4.6 直熱式紅外輻射器 097
6.4.7 遠紅外定向強輻射器 098
6.5 匹配吸收與非匹配吸收理論 098
6.5.1 匹配吸收(共振吸收) 098
6.5.2 非匹配吸收 099
6.5.3 溫度匹配 099
6.6 遠紅外輻射加熱技術的實際應用及應注意的問題 100
6.6.1 遠紅外輻射加熱技術的實際應用 100
6.6.2 遠紅外輻射加熱技術應注意的問題 100
習題 101
第7章 紅外光譜技術 102
7.1 紅外光譜學基礎知識 102
7.1.1 分子的運動形式 102
7.1.2 紅外吸收光譜的應用 103
7.2 紅外氣體分析儀 104
7.2.1 紅外氣體分析儀原理 104
7.2.2 紅外氣體分析儀的結(jié)構(gòu)和類型 104
7.2.3 紅外氣體分析儀的特點 106
7.2.4 紅外氣體分析儀的應用 106
7.3 紅外光譜的經(jīng)典分析 107
7.3.1 紅外光譜的經(jīng)典振動模型 108
7.3.2 振動方程式及其應用 109
7.3.3 紅外光譜的定量分析 110
7.3.4 常用的定量分析的方法 111
7.4 紅外二維光譜簡介 113
7.4.1 二維相關光譜一般的處理方法 114
7.4.2 二維相關光譜的性質(zhì) 115
習題 117
第8章 紅外熱成像技術 118
8.1 熱成像的原理 118
8.2 熱成像技術的發(fā)展概況 119
8.3 熱像儀的構(gòu)造 119
8.4 熱像儀的應用 119
8.4.1 熱像儀在電力工業(yè)中的應用 120
8.4.2 熱像儀在鋼鐵工業(yè)中的應用 120
8.4.3 熱像儀在軍事上的應用 120
8.4.4 熱像儀在醫(yī)學上的應用 121
8.4.5 熱像儀在其他領域的應用 123
習題 123
第9章 紅外理療技術 124
9.1 紅外理療的概念 124
9.2 紅外理療機理及效應 125
9.2.1 人體的輻射和吸收特性 125
9.2.2 紅外輻射的生物效應 127
9.2.3 紅外輻射的生理效應 127
9.2.4 紅外線的危害和防護 130
9.3 紅外理療儀器 130
9.3.1 紅外理療機 130
9.3.2 TDP輻射器 131
9.3.3 中波紅外與短波紅光綜合治療儀 131
9.3.4 神秘的頻譜儀 134
9.3.5 紅外理療儀器的發(fā)展方向 134
9.4 紅外治療技術國內(nèi)外動態(tài) 135
9.4.1 紅外血凝固器 135
9.4.2 熱療 135
9.4.3 其他紅外技術的臨床應用 135
9.5 紅外技術與傳統(tǒng)醫(yī)學 136
習題 136
參考文獻 137
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