红外辐射源能量光谱分布测试研究

刘兰娇

摘 要：该文从理论和实验两个方面，论述了红外光谱仪、辐射源、辅助光路系统等构成的测试装置进行红外辐射源能量光谱分布测试的方法。论文中给出了常温和加热时的测试结果，并讨论了常温下红外辐射源能量光谱分布测试性能。

关键词：红外技术 光谱测试

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（c）-0042-02

1 技术背景

红外技术作为一种现代高科技技术，与激光技术并驾齐驱。它是研究红外辐射的产生、传播、转化、测量及其应用的技术科学。红外技术的主要发展体现在红外探测技术方面。

红外技术的发展始于1940年，但到60年代中叶，才真正出现了红外探测系统。随着该技术的不断成熟，红外技术被应用于很多领域。在军事上的应用有红外制导、红外通信、夜视仪、探测隐身武器装备和红外预警，在国民经济方面的应用有红外测温技术、红外遥控技术、红外遥感技术、红外理疗、红外辐射加热技术和红外光谱技术等[1]。

2 红外辐射源能量光谱分布测试的原理及装置

红外辐射波长在0，78～1000μm的一段电磁波谱，这其中还被分为近红外波段（0.78～3μm），中外波段（3～40μm）和远红外波段（40～1000μm）[2]，属于人眼看不见的波段，需要通过仪器才能探测到需要信息。

凡温度在绝对零度以上的物体均能够发射出红外辐射，其辐射的峰值波长与物体的温度有确定的关系，即维恩位移定律（Wien's displacement law）[2-3]：

另外，光频率和波长的关系为，其中c为光速，也有波数表示波长，即（cm-1），这也是现代光谱仪常用的表示方法[1]，该文涉及的光谱仪就是使用这种方法表示波长的。

在韦恩定律的基础上，人们发明了红外光谱仪，它能将红外辐射源的辐射能量按波长的分布以曲线的形式表示出，从而使我们看到清晰的红外辐射源在某个波长处的相对辐射能量，获得辐射波长位置，进而可以对红外辐射源进行更深入的研究。图2为红外系统和红外单色仪的光学原理图。

M1和M4为反射镜，M2准光镜，M3为物镜，M5为深椭球镜，G为平面衍射光栅，S1为入射狭缝，S2和S3为出射狭缝，T为调制器单色仪使用的入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度为0～2 mm连续可调。光源发出的光束进入入射狭缝S1，S2位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。

3 实验及结果

选取红外光源和硅土样品作为测试样品，对红外光源的测试，温度选定为常温，对硅藻泥的测试，温度控制在200 ℃左右，设定扫描参数，扫描波长为4000～650 cm-1，即0.25～1.5 μm，间隔设定为5 cm-1和2 cm-1。

设定好参数后，分别对样品的辐射能量进行采样，得到样品辐射能量光谱曲线，见图3和图4。

从图3可以看到红外光源的最大相对辐射波长在1.1μm处，而从硅土的辐射分布图中可以看出样品的辐射波段在0.8～1.3μm之间，属近红外波段，但由于硅土中掺杂了其他元素，其红外辐射能量分布图的噪声比较大。

4 结语

利用该系统，可以对不同材料的辐射能量光谱进行测试，了解不同温度下材料红外辐射能量光谱分布情况，确定近红外辐射波长位置。除此之外，利用该系统还可以设计透过率和吸收光谱的测试，对红外辐射材料的光学特性研究有重要的作用。

参考文献：

[1] 石晓光，王蓟，叶文.红外物理[M].北京：兵器工业出版社，2005.

[2] 邢素霞.红外热成像与信号处理[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3] 杨立，杨桢，等.红外热成像测温原理与技术[M].北京：科学出版社，2012.endprint