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绪论 1

第1章 红外物理学概述 3

1.1红外物理学基础 3

1.1.1红外辐射与红外光谱 3

1.1.2红外物理学研究对象 9

1.2描述辐射场的基本物理量 11

1.2.1立体角及其计算 11

1.2.2辐射能和辐射能密度 13

1.2.3辐射功率和光谱辐射功率 13

1.2.4辐射强度和光谱辐射强度 14

1.2.5辐射出射度和光谱辐射出射度 15

1.2.6辐射亮度和光谱辐射亮度 15

1.2.7辐射照度和光谱辐射照度 17

1.2.8辐射吸收率、辐射反射率和辐射透射率 18

1.2.9比辐射率和单色比辐射率 18

1.3描述光度量的基本物理量 19

1.3.1光谱光视效能和光谱光视效率 19

1.3.2光通量 21

1.3.3发光强度 22

1.3.4光出射度 22

1.3.5光亮度 22

1.3.6光照度 23

本章小结 24

应用实例 24

本章习题 25

第2章 红外辐射的基本规律 27

2.1漫辐射源和朗伯余弦定律 27

2.1.1漫辐射源及朗伯余弦定律 27

2.1.2漫辐射源的辐射特性 28

2.2辐射量的基本规律及计算 29

2.2.1距离平方反比定律 29

2.2.2立体角投影定律 30

2.2.3Talbot定律 31

2.3辐射量计算举例 31

2.3.1圆盘的辐射特性及计算 31

2.3.2球面的辐射特性及计算 32

2.3.3点源产生的辐射照度 33

2.3.4小面源产生的辐射照度 33

2.3.5扩展源产生的辐射照度 33

2.4朗伯定律和朗伯-比耳定律 36

2.4.1朗伯定律 37

2.4.2朗伯-比耳定律 38

本章小结 40

应用实例 40

本章习题 41

第3章 红外辐射的基本定理 43

3.1发光种类简介 44

3.1.1发光类型 44

3.1.2普雷夫定则 44

3.2理想黑体 45

3.2.1基尔霍夫定律 45

3.2.2封闭空腔中的辐射为黑体的辐射 47

3.2.3辐射亮度与能量密度的关系 47

3.2.4黑体为朗伯辐射体 48

3.3普朗克公式 48

3.3.1普朗克公式的推导 49

3.3.2普朗克公式及其意义 51

3.3.3普朗克公式的近似 52

3.3.4用光子数表示的普朗克公式 52

3.3.5用其他变量表示的普朗克公式 52

3.3.6广义普朗克函数 53

3.4维恩位移定律 54

3.4.1维恩位移定律推导 54

3.4.2黑体光谱辐射出射度的峰值 55

3.4.3光子辐射量的维恩位移定律 55

3.4.4维恩位移定律的广义表达式 56

3.5斯蒂芬-玻尔兹曼定律 56

3.5.1斯蒂芬-玻尔兹曼定律推导 57

3.5.2用光子数表示的斯蒂芬-玻尔兹曼定律 57

3.6黑体辐射的简易计算 58

3.6.1黑体辐射函数 58

3.6.2黑体辐射计算举例 59

3.7辐射效率和辐射对比度 60

3.7.1辐射效率 61

3.7.2辐射对比度 61

3.8金属的辐射 64

3.8.1金属的辐射特性 64

3.8.2金属的辐射方程 64

本章小结 67

应用实例 67

本章习题 68

第4章 红外辐射源 70

4.1红外辐射的基本定理 71

4.1.1巴特利特定理 71

4.1.2萨姆普纳定理 73

4.1.3沃尔什定理 74

4.1.4亥姆霍兹互易定理 75

4.2黑体辐射源 76

4.2.1黑体炉的用途和分类 77

4.2.2黑体炉的基本结构 77

4.2.3腔型的选择和腔芯材料 78

4.2.4腔体的加热和温度控制 79

4.2.5黑体视场和技术指标 80

4.3古费理论 80

4.3.1古费公式的推导 80

4.3.2三种腔型的有效发射率 82

4.3.3相关曲线和使用方法 83

4.3.4对有限制开孔腔体的修正 85

4.4电热固体辐射源 86

4.4.1能斯脱灯 86

4.4.2硅碳棒 87

4.4.3钨丝灯、钨带灯和钨管灯 89

4.4.4乳白石英加热管 91

4.5气体或蒸汽辐射源 92

4.5.1放电种类和过程 92

4.5.2水银灯 93

4.5.3氙灯 95

4.5.4碳弧灯 96

4.6红外激光器 98

4.6.1激光器的基本结构、能级图和激光的特点 98

4.6.2Nd：YAG激光器 101

4.6.3氦-氖激光器 103

4.6.4二氧化碳激光器 107

4.6.5半导体激光器 110

本章小结 113

应用实例 114

本章习题 114

第5章 红外辐射在大气中的传输 116

5.1大气的组成和大气分层 116

5.1.1大气的组成成分 117

5.1.2大气分层 118

5.2大气的气象条件 121

5.2.1大气压强 121

5.2.2大气密度 123

5.3大气对辐射吸收概述 123

5.3.1大气对辐射吸收的机理 123

5.3.2主要吸收分子和吸收谱线 124

5.3.3大气各主要组分的红外吸收谱 125

5.3.4大气红外窗口 126

5.3.5吸收带的经验公式 127

5.4水蒸气对红外辐射的吸收 128

5.4.1水蒸气的基本性质和相关概念 128

5.4.2可凝结水量 129

5.4.3水蒸气的分布 132

5.5二氧化碳对红外辐射的吸收 133

5.5.1二氧化碳的吸收和分布特点 133

5.5.2二氧化碳的大气厘米数 134

5.5.3高度修正因子 136

5.6臭氧和其他成分对红外辐射的吸收 137

5.6.1臭氧的形成和分解 137

5.6.2臭氧的分布 138

5.6.3其他成分对红外辐射的吸收 139

5.7大气中的散射粒子 139

5.7.1散射粒子的尺寸 139

5.7.2散射粒子的浓度和分布 140

5.7.3散射的种类 142

5.8大气对红外辐射的散射 143

5.8.1散射的一般方程 143

5.8.2瑞利散射、米氏散射和分子散射 145

5.9气象视程和视距 146

5.9.1视程与视距方程 147

5.9.2测量λ0处视程的原理 148

5.9.3利用λ0处的视程求任意波长的散射系数 149

5.10大气透射率的计算 150

5.10.1透射率计算步骤 150

5.10.2计算透射率实例 150

5.10.3清洁大气在宽谱段内的吸收 152

5.10.4激光在大气中的透射率 153

5.11激光在大气中传输的能量衰减 154

5.11.1衰减系数 155

5.11.2单程水平路径激光大气传输的能量衰减 156

5.11.3单程垂直路径激光大气传输的能量衰减 156

5.11.4单程斜路径激光大气传输的能量衰减 158

本章小结 160

应用实例 161

本章习题 162

第6章 目标和背景的辐射特性 164

6.1太阳、月亮以及恒星（行星）的光辐射特性 165

6.1.1太阳的基本特性 165

6.1.2太阳的光辐射特性 170

6.1.3月亮的基本特性 173

6.1.4恒星（行星）的光辐射特性 175

6.2天空背景的光辐射特性 176

6.2.1大气对太阳辐射的散射 176

6.2.2大气自身的热辐射 178

6.3地物的光辐射特性 179

6.3.1植被的光辐射特性 180

6.3.2水的光谱特性 180

6.3.3冰雪的光谱反射特性 180

6.3.4地物的红外反射特性 181

6.4海洋的光辐射特性 183

6.4.1海洋的光谱辐射亮度 183

6.4.2平静海面的光谱反射率 184

6.4.3海平面反射率和发射率 184

6.4.4不同粗糙度下的反射率 184

6.5火箭的光辐射特性 185

6.5.1火箭外壳辐射 185

6.5.2低空火箭喷焰结构及随高度变化 185

6.5.3火箭光谱辐射图 186

6.6飞机的光辐射特性 186

6.6.1涡轮喷气和涡轮风扇发动机 186

6.6.2飞机后半球的辐射 189

6.6.3飞机前半球的辐射 191

6.6.4发动机辐射强度方向图 193

6.6.5第四代战机简介 193

6.7其他目标的光辐射特性 196

6.7.1坦克的红外辐射特性 196

6.7.2火炮的红外辐射特性 197

6.7.3红外诱饵的辐射特性 197

6.7.4人体的红外辐射特性 198

本章小结 198

应用实例 199

本章习题 199

附录A f（λT）函数表和F（λT）函数表 201

附录B 热带、中纬度夏季和冬季大气模型数据 205

附录C 海平面上水平路程水蒸气的光谱透射率的数值 208

附录D 海平面上水平路程CO2的光谱透射率的数值 212

附录E 距太阳日-地平均距离处的太阳光谱辐射照度 216

附录F 辐照度与截止波长和背景温度的关系 219

参考文献 222