红外物理--幻灯片.pptVIP

教学目的：对各种辐射源的了解在红外物理技术的应用实践和工程设计中起着非常重要的作用。本章讨论了作为标准用于校准的黑体型辐射源。随后讨论了实验室常用的电热固体辐射源、气体放电辐射源、红外激光器等其他标准辐射源。 教学方法：面授 教学手段：板书+多媒体 学时分配： 重点、难点：重点掌握黑体辐射源的空腔辐射理论和腔体结构；对电热固体辐射源、气体放电辐射源、红外激光器的特性有必要的了解。 1. 哥福(Gouffé)理论 哥福(Gouffé)在1945年提出了一个具有独创性的计算空腔型辐射源有效发射率的简单公式，可对球形、圆柱形和圆锥形腔体的有效发射率进行理论计算，其对空腔的假设为： 腔壁为均匀理想漫反射表面 整个腔体是等温不透明的 腔内辐射经第二次漫反射以后均匀照布整个腔内壁 无外来辐射进入腔内 典型的实用黑体型辐射源的腔体结构 黑体辐射源的分类 如按辐射腔口的口径尺寸来分类，则可把黑体型辐射源分为以下三类： 大型：Ф≥100mm 中型：Ф≈30 mm 小型：Ф≤10 mm 如按工作温度的范围来分类，则可把黑体型辐射源分为以下三类： 高温：3000～2000K 中温：900～500K 低温：400～200K 在设计制造黑体型辐射源时，应考虑以下问题 腔形的选择 对腔芯材料的要求 腔体的等温加热 腔体的温度控制和测量 降低黑体前表面的辐射 黑体视场的示意图 1. 能斯脱灯 能斯脱灯常作为红外分光光度计中的红外辐射源。它有寿命长，工作温度高，黑体特性好和不需要水冷等特性。 能斯脱灯一般是由氧化锆（ZrO2）、氧化钇（Y2O3）、氧化铈（CeO2）和氧化钍（ThO2）的混合物烧结而成的一种很脆的圆柱体或空心棒。管子两端绕有铂丝，以作为电极与电路的连接，它要求用很稳定的直流或交流供电。 典型能斯脱灯的各项参数：功率消耗为45W、工作电流为0.1A；工作温度为1980K；尺寸为3.1mm（直径）×12.7mm（长度）。 2. 硅碳棒 硅碳棒是用碳化硅（SiC）做成的圆棒。一般硅碳棒的直径为6～50mm，长度为5～100cm。在空气中的工作温度一般在1200～1400K，寿命约为250h。 硅碳棒的主要缺点是最高工作温度较低，需要镇流的电源设备。同时，由于碳化硅材料的升华效应，会使材料粉末沉积在光学仪器表面上，因此它不能靠近精密光学仪器附近工作。另外，工作时需要水冷装置，耗电量较大等。 3. 钨丝灯、钨带灯和钨管灯 钨具有熔点高（3680K），蒸发率较小，在可见光波段辐射选择性好，在高温时有较高的机械强度，容易加工等优点。 钨丝灯、钨带灯和钨管灯可以应用于光度测量、高温测量、光辐射测量、旋光测定、分光测定、比色测量、显微术和闪光灯技术等。 4. 乳白石英加热管 乳白石英加热管是一种新型红外加热元件。与碳化硅辐射元件相比，乳白石英加热管用作红外辐射源有如下特点： 发射率高，并具有选择性发射，在4～8μm和11～22μm波段内，光谱发射率可达到0.92。在8～11μm内有较强的选择反射光谱带。其光谱发射率曲线如图4-9所示。 热容量小，热容量仅为碳化硅及金属管的十分之一。 工作温度范围广，通常为400℃～500℃，也可制作表面温度为750℃以下、100℃以上的加热辐射源。 升温降温快，只需7～10min（碳化硅需30～35min）。 表面纯净洁白，可以用在工艺卫生要求高的场所。 激光器是20世纪60年代发展起来的一种新型光源。与普通光源相比，激光具有方向性好、亮度高、单色性和相干性好等特性。激光器的出现从根本上突破了以往普通光源的种种局限性（如亮度低、方向性和单色性差等），赋予古老光学技术以新的生命力，产生了许多新的分支学科，如全息照相、光信息处理、非线性光学等。 激光光源与普通光源相比，有三个特点 激光的方向性好 激光光束具有高亮度 单色性和相干性好 任何种类的激光器，其基本结构必然包括以下三个主要组成部分： 工作物质：用来在特定能级间实现粒子数反转并产生受激发射。 抽运（泵浦）装置：用来激励工作物质，使其产生并维持特定能级间的粒子数反转和相应的受激发射。 光学谐振腔：其作用是保证受激发射光子在腔内产生持续的激光振荡，此外还对振荡光子的特征（频率、方向等）加以限制，以保证激光输出的高定向性和高单色性。 图4-12 不同水银气压下的光谱分布 2. 氙灯 除了利用金属蒸气放电制成辐射源之外，还可利用高压、超高压惰性气体的放电现象制成辐射源。超高压下的氩、氪、氙等惰性气体放电的光谱分布如图4-13所示。 在这些