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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