红外物理课件

红外夜视仪红外夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。主动式红外夜视仪用红外探照灯照射目标，接收反射的红外辐射形成图像；被动式红外夜视仪不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成“热图像”，故又称为”热像仪”。红外夜视仪红外夜视仪是利用光电转换技术的军用夜视仪器。1主动式红外夜视仪红外探照灯发出一束近红外光照射目标，由目标反射回来的红外光，通过红外物镜聚焦，成像在红外变像管的光电阴极上；利用银氧铯光电阴极的外光电效应，将人眼不可见的近红外图像变成相应的光电子图像，再通过变像管中间的电子光学系统，对光电子进行加速、聚焦和成像，轰击变像管另一端的荧光屏，激发荧光屏发出可见光，从而将一个不可见的红外图像转换并增强为一个可见光图像；人眼通过目镜，就能在荧光屏上看到一个正立的目标图像。主动红外夜视仪的另一种工作方式叫选通工作方式，即使用脉冲红外激光照射目标，可以对目标测距。这种工作方式能减少暴露机会，提高视距，改善观察效果，但技术较复杂。主动式红外夜视仪红外探照灯发出一束近红外光照射目标，由目标反2主动红外夜视仪的主要优点是造价低廉，像质较好。因有红外探照灯照明场景，使景物间形成较显著的明暗反差，受外界自然环境的影响较小，有利于观察。由于不同的物体对红外辐射的反射能力不同，因而具有部分识别伪装的能力。其主要缺点是容易暴露自己，体积大，重量重，耗电多，观察范围只限于被照射的景物，视距受到探照灯尺寸和功率的限制，其应用范围正在不断缩小。主动红外夜视仪的主要优点是造价低廉，像质较好。因有红外探照灯3被动式红外夜视仪

被动夜视仪的结构、原理很简单，其实就是模仿动物眼睛的原理，其实就是能够看见红外线的装置，或者说将红外线转化成可见光的装置。

所谓被动，就是指红外线从外界射入，仪器被动成像。

因为不管是动物还是植物，不管是死的还是活的，地球上的一切物体都在向外发射红外线，但是死的东西（尸体或者固定的物体）发射的红外线很少，活东的物体，发色的红外线多，而且温度越高发射的强度越高。另外，人体在夜间通过夜视仪看见的就是一个人的轮廓，因为人的全身都在向外散发红外线。被动式红外夜视仪

被动夜视仪的结构、原理很简单，其实就是模仿4红外制导红外制导是一种重要的制导方式。红外制导是利用目标自身的红外辐射来引导导弹和其他武器装备自动接近目标，以提高命中率。目前，世界各国已生产和试制的红外制导导弹已超过50种。空空、空地、地空和反坦克导弹等都有采用红外制导技术的。红外焦平面阵列制导技术还具有识别各类诱饵的能力，从而使武器对目标有更高的命中率。红外制导红外制导是一种重要的制导方式。红外制导是利用目标自身5民用方面

民用方面

6红外通讯红外线IrDA，简称IR，是一种无线通讯方式，可以进行无线数据的传输。自1974年发明以来，得到很普遍的应用，如红外线鼠标，红外线打印机，红外线键盘等等。红外线的特征：红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度；IrDA已经是一套标准，IR收/发的组件也是标准化产品。红外通讯红外线IrDA，简称IR，是一种无线通讯方式，可以进7车载红外夜视系统车载红外夜视系统8红外摄像机红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光（红外发射二级管）红外灯和热辐射红外灯两种。一般市场上主要采用红外发射二极管的红外灯，其原理及特性我们介绍如下：由红外发光二级管矩阵组成发光体。红外发射二级管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830～950nm，半峰带宽约40nm左右，它是窄带分布，为普通CCD黑白摄像机可感受的范围。其最大的优点是可以完全无红暴，（采用940～950nm波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）和寿命长。红外发光二极管的发射功率用辐照度μW/m2表示。一般来说，其红外辐射功率与正向工作电流成正比，但在接近正向电流的最大额定值时，器件的温度因电流的热耗而上升，使光发射功率下降。红外二极管电流过小，将影响其辐射功率的发挥，但工作电流过大将影响其寿命，甚至使红外二极管烧毁。红外摄像机红外灯按其红外光辐射机理分为半导体固体发光（红外9红外光谱仪

红外光谱仪主要用于化学物理分析领域，可应用于各种物理化学实验室、石油、农业、检测等领域。按应用范围可分为通用型红外光谱仪和专用红外光谱仪，按波长范围分可分为近红外光谱仪和远红外光谱仪，目前以近红外光谱仪为主。现代近红外光谱分析技术包括了近红外光谱仪、化学计量学软件和应用模型三部分。只有三者的完美结合才能达到高性能的要求。目前近红外专用光谱仪器的研制及应用在国内已受到很多专家的关注，并已开发研制出一批适应国内分析对象的仪器及应用软件。如，中国石油科学院的一批年轻学者在陆婉珍院士的带领下，研制和开发出了有我国自主知识产权的近红外专用光谱仪器及其在我国石油科学中应用的一些软件；以北京农业大学严衍禄教授领导的“中国农业近红外分析技术网络系统”课题已完成，研制和开发了有自主知识产权的、适用于中国农业品品质的分析的软件；相秉仁教授在中国药科大学分析计算中心建立了Internet近红外光谱分析虚拟建模中心，进行近红外光谱分析的建模和数学模型维护等工作，并建立了一些中草药近红外分析的数学模型。红外光谱仪

红外光谱仪主要用于10

红外传感器在实现远距离温度监测与控制方面，红外温度传感器以其优异的性能，满足了多方面的要求。在产品加工行业，特别是需要对温度进行远距离监测的场合，都是温度传感器大显身手的地方。在食品行业红外温度可以在不被污染的的情况下实现食品温度记录，因此备受欢迎。光纤红外传感器还具有抗电磁和射频干扰的特点，这为便携式红外传感器在汽车行业中的应用又开辟了新的市场。

随着红外测温技术的普遍应用，一种新型的红外技术—智能（Smart）数字红外传感技术正在悄然兴起。这种智能传感器内置微处理器，能够实现传感器与控制单元的双向通信，具有小型化、数字通信、维护简单等优点。当前，各传感器用户纷纷升级其控制系统，智能红外传感器的需求量将会继续增长，预计短期内市场还不会达到饱和。

红外传感器在实现远距离温度监测与控制方面，红外温度传感器以11

另外，随着便携式红外传感器的体积越来越小，价格逐渐降低，在食品、采暖空调和汽车等领域也有了新的应用。比如用在食品烘烤机、理发吹风机上，红外传感器检测温度是否过热，以便系统决定是否进行下一步操作，如停止加热，或是将食品从烤箱中自动取出，或是使吹风机冷却等。随着更多的用户对便携式红外温度传感器的了解，其潜在用户正在增加。由于红外温度传感器在实现远距离控温及无接触测温等方面的优势，使其产量每年以10％的速度增长。在1996年至1997年间，其产量从15.5万只增长到23万只；总销售额也从2.3亿美元增长到3亿美元。2006年，市场销售总额将达到5.576亿美元，总产量将超过48.9万只

另外，随着便携式红外传感器的体积越来越小，价格逐渐降低，12

对于红外传感器的全球市场，第三世界国家将比欧美更加看好。虽然欧美很多工业国家加工业广泛，但其市场以趋向饱和；而在中国以及拉美一些新兴国家和地区，随着其经济的复苏与发展，各国各地区纷纷加强工业化建设，加工厂不断增多，红外传感器在该区域的销量每年以2％～5％的速度增长，并且其市场销量还处于增长趋势。

目前，全球至少有25家较具规模的红外传感器生产商，其中居首位的是Raytek公司，1999年Raytek公司的产品全球市场的20%，其中很大一部分产品是手持产品；Raytek还生产在线辐射温度表和高性能的传感器以适用于像冶金行业这样温度要求极高的环境。排行第二位的是Ircon，其市场占有率为17%，其产品主要面向高端用户市场。排行第三位的是LandInfrared,其市场占有率为15%，其主要产品是手持式及在线测量产品。

对于红外传感器的全球市场，第三世界国家将比欧美更加看好。13

科研应用科研应用14红外望远镜

最早的红外观测可以追溯到十八世纪末。但是，由于地球大气的吸收和散射造成在地面进行的红外观测只局限于几个近红外窗口，要获得更多红外波段的信息，就必须进行空间红外观测。现代的红外天文观测兴盛于十九世纪六、七十年代，当时是采用高空气球和飞机运载的红外望远镜或探测器进行观测。1983年1月23日由美英荷联合发射了第一颗红外天文卫星IRAS。其主体是一个口径为57厘米的望远镜，主要从事巡天工作。IRAS的成功极大地推动了红外天文在各个层次的发展。直到现在，IRAS的观测源仍然是天文学家研究的热点目标。红外望远镜

最早的红外观测可以追溯到十八世纪末。但是，由于地151995年11月17日由欧洲、美国和日本合作的红外空间天文台（ISO）发射升空并进入预定轨道。ISO的主体是一个口径为60厘米的R-C式望远镜，它的功能和性能均比IRAS有许多提高，它携带了四台观测仪器，分别实现成象、偏振、分光、光栅分光、F－P干涉分光、测光等功能。与IRAS相比，ISO从近红外到远红外，更宽的波段范围；有更高的空间分辨率；更高的灵敏度（约为IRAS的100倍）；以及更多的功能。ISO的实际工作寿命为30个月，对目标进行定点观测（IRAS的观测是巡天观测），这能有的放矢地解决天文学家提出的问题。预计在今后的几年中，以ISO数据为基础的研究将会成为天文学的热点之一。1995年11月17日由欧洲、美国和日本合作的红外空间天文台16斯皮策太空望远镜

斯皮策太空望远镜发射于2003年8月，是人类送入太空的最大的红外望远镜，该望远镜隶属于美国宇航局和加州理工学院。斯皮策太空望远镜是美国宇航局发射的四大太空望远镜之一。斯皮策与哈勃都是太空望远镜，但是哈勃以光学观测为主，而斯皮策则以观测天体红外波段为主。所谓红外，说的是望远镜能够探测到目标发出的红外辐射。斯皮策的红外探测灵敏度极高，波长在3微米至180微米之间的红外辐射都能尽收“眼”底。而这个波段因其范围内的辐射抵达地面时会被地球大气层阻挡，一向是地面望远镜的“盲区”。因此斯皮策能探测到宇宙中那些难以感知到的天体，比如一些暗淡的小型恒星。与光学天文观测设备相比，斯皮策的红外之“眼”能够穿透尘埃、气体，看到其背后隐藏的无限奥秘。斯皮策太空望远镜

斯皮策太空望远镜发射于2003年8月，是人17斯皮策太空望远镜-规格

斯皮策空间望远镜总长约4.45米，重量为950千克，主镜口径为85厘米，用铍制作。除此之外还有3台观测仪器，分别为：

1、红外阵列相机（IRAC），大小为256×256像素，工作在3.6、4.5、5.8和8微米4个波段。2、红外摄谱仪（IRS），由4个模块组成，分别工作在5.3-14微米（低分辨率）、10-19.5微米（（高分辨率）、14-40微米（低分辨率）和19-37微米（高分辨率）。3、多波段成像光度计（MIPS），工作在远红外波段，由3个探测器阵列组成，大小分别为128×128像素（24微米）、32×32像素（70微米）和2×20像素（160微米）。