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(tǒng)等構(gòu)成的測試裝置進(jìn)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(jié)果，并討論了常溫下紅外輻射源能量光譜分布測試性能。

關(guān)鍵詞：紅外技術(shù) 光譜測試

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

1 技術(shù)背景

紅外技術(shù)作為一種現(xiàn)代高科技技術(shù)，與激光技術(shù)并駕齊驅(qū)。它是研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳播、轉(zhuǎn)化、測量及其應(yīng)用的技術(shù)科學(xué)。紅外技術(shù)的主要發(fā)展體現(xiàn)在紅外探測技術(shù)方面。

紅外技術(shù)的發(fā)展始于1940年，但到60年代中葉，才真正出現(xiàn)了紅外探測系統(tǒng)。隨著該技術(shù)的不斷成熟，紅外技術(shù)被應(yīng)用于很多領(lǐng)域。在軍事上的應(yīng)用有紅外制導(dǎo)、紅外通信、夜視儀、探測隱身武器裝備和紅外預(yù)警，在國民經(jīng)濟(jì)方面的應(yīng)用有紅外測溫技術(shù)、紅外遙控技術(shù)、紅外遙感技術(shù)、紅外理療、紅外輻射加熱技術(shù)和紅外光譜技術(shù)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(yuǎn)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(guān)系，即維恩位移定律（Wien's displacement law）[2-3]：

另外，光頻率和波長的關(guān)系為，其中c為光速，也有波數(shù)表示波長，即（cm-1），這也是現(xiàn)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(chǔ)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(jìn)而可以對紅外輻射源進(jìn)行更深入的研究。圖2為紅外系統(tǒng)和紅外單色儀的光學(xué)原理圖。

M1和M4為反射鏡，M2準(zhǔn)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(diào)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(diào)。光源發(fā)出的光束進(jìn)入入射狹縫S1，S2位于反射式準(zhǔn)光鏡M2的焦面上，通過S1射入的光束經(jīng)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(jīng)物鏡M3成像在S2上。

3 實驗及結(jié)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(shè)定掃描參數(shù)，掃描波長為4000～650 cm-1，即0.25～1.5 μm，間隔設(shè)定為5 cm-1和2 cm-1。

設(shè)定好參數(shù)后，分別對樣品的輻射能量進(jìn)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(jié)語

利用該系統(tǒng)，可以對不同材料的輻射能量光譜進(jìn)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(tǒng)還可以設(shè)計透過率和吸收光譜的測試，對紅外輻射材料的光學(xué)特性研究有重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[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(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2012.endprint