第四节 红外辐射源.ppt

第四章 红 外 辐 射 源 §4.1 腔体辐射的Gouffé理论 腔孔的有效发射率 二.角度因子 三.三种典型腔体的A/St ⑵ 圆孔圆柱形腔 四.简化公式 五.根据数图简易计算腔孔的发射率 例1.已知l/R=6,ε=0.9的圆锥腔体,用数图近似计算其腔孔的有效发射率. 例2：l/R=6,材料的发射率为0.6, 腔体为圆孔圆柱形.腔孔的有效发射率是多少? 六.讨论 七.改进: §4.2 黑体型辐射源 一.黑体辐射源的分类 二.黑体型辐射源的结构 美国光电工业公司 Electro Optical Industries, Inc. 三.设计黑体型辐射源的几个问题 3. 腔体的加热与温度控制 4.降低黑体前表面的辐射 四.黑体辐射源的低频调制 §4.3 实用红外辐射源 1.能斯特灯 2. 硅碳棒 硅碳棒的光谱特性 3.钨灯 4.乳白石英加热管 二.气体放电辐射源 1.水银灯 2.氙灯 3.碳弧 三.红外激光器 1. CO2激光器 2. 固体激光器 ⑶ 可调谐晶体激光器 3.半导体激光器 氧化锆（ZrO2）氧化钇（Y2O3）和氧化钍（ThO2） 等烧结制成的中空或实心圆棒。直径一般在1-3 mm左右，长约20-50mm； 材料和形状： 常温下是非导体，使用前预热到800 ?C； 工作状况： 工作温度在1300－2100 ?C 工作电流：0.05-1.2 A 优点：发光强度大；寿命长(可达2000小时)；特别适 用于用作红外分光光度计的辐射源。 缺点：材料机械强度低，需要预热。 能斯特灯的光谱特性 能斯特灯的光谱在1－6μm波段类似于选择性辐射体，光谱发射率较低；在7－15 μm波段接近于黑体，平均光谱发射率0.85。 硅碳棒是用碳化硅（SiC）做成的圆棒。一般硅碳棒的直径为6～50 mm，长度为5～100cm。两端度铝作为电极。 材料和形状： 工作状况： 工作温度一般在1200～1500K 寿命：250h ～1000h 大功率的硅碳棒作光源，其两端需要用水冷却电 极接触点。 最高工作温度较低；由于碳化硅材料的升华会使材料粉末沉积在光学仪器表面上；工作时需要水冷装置，耗电量较大。 缺点： 硅碳棒在长波辐射效率高于能斯特灯，因而使用波长范围较能斯特灯宽。桂碳棒发光面积大，价格便宜，操作方便。 优点： 在2－15 μm波段接近于黑体，平均光谱发射率0.8。 ⑴ 钨丝灯 钨丝灯是近红外测量中常用的辐射源。但由于玻璃泡透过区域的限制，这种灯的辐射波长通常在3μm以下。 ⑵ 钨带灯 钨带灯是将钨带通电加热而使其发光的光源。钨带常做成狭长的条形，宽约为2mm，厚度约为0.05mm左右。 ⑶ 钨管灯 钨管灯是由一根在真空或氩气中通电加热的钨管做成的。真空灯的温度可达1100℃，充氩灯的温度可达2700℃。 乳白石英加热管是以天然水晶为原料，在以石墨电极为坩埚发热体的真空电阻炉中熔融（1740℃）拉制而成的。 辐射特性: 4－8μm 、11－22μm 两个波段光谱发射率高 达0.92 电流通过气体媒质时，会产生放电现象，利用这种放电现象可制作辐射源。 水银灯属于气体放电光源，有低压，高压和超高压之分。管内除水银蒸汽外还充有氖、氩等气体，以利点燃气体放电。 大多用在可见光或紫外。 氙灯是利用氙气放电发光的气体放电灯，灯的光谱能量分布接近于太阳光，是最接近日光的人造光源。在红外区也有明显的线状光谱。 脉冲氙灯 长弧氙灯 开放式碳弧，可见光区，发射率达0.99， 近红外区 发射率也可达到0.96，光谱分布接近3800K黑体。 1．激光的方向性好 2．激光光束具有高亮度 3．单色性和相干性好 激光与普通光源相比，有如下三个特点： CO2激光器是气体激光器中少有的红外激光器之一 和气体激光器不同，大多数固体激光器的工作 波长都是在红外区域。 PHOTONICS公司：1064nm波长的连续或调Q脉冲输出的红外激光器。 ⑴ YAG激光器 工作物质：掺钕钇铝石榴石 （Nd3＋：YAG） ⑵ 钕玻璃激光器 工作物质：钕玻璃 输出波长:1.06μm 输出波长:1.06μm Co2＋：MgF 掺钴氟化镁 调谐范围(1.6－2.3μm)、 Ni2＋：MgF 掺镍氟化镁 调谐范围(1.6-1.8μm） V2＋ ：MgF 掺钒氟化镁 调谐范围(1.05-1.3 μ m)、 Cr3+：BeAl204 金绿宝石 调谐范围(0.7-0.818 μm) Ti3+：A1203 掺钛蓝宝石 调谐范围(0.7-1μm )， Cr3’：Mg2SiO4 镁橄榄石