红外基础知识—光谱

光谱（spectrum） ：是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大·小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。

光谱概述图

 光谱的基本概念

光谱是电磁波谱的子集，我们常说的光谱就是指紫外光、可见光、红外光。紫外线光的光谱长度200nm~380nm之间，可见光的光谱长度380～780nm之间，红外光的光谱长度0.78um~1000um之间。

 紫外波段

紫外（Ultraviolet）波段分为三个波段，短波UVC（200～280nm）、中波UVB（280～320nm），长波UVA （320～380nm），不同的波段，特性不一样。

太阳光中紫外的短波段部分基本被地球的臭氧层吸收，无法到达地球表面。

电晕和电弧在产生过程中，会产生紫外线，因此电力行业中通常会使用紫外成像仪测量电晕和电弧，这种仪器的工作波段在240nm~280nm之间，为紫外的短波段。

 可见光波段

可见光各分色的波长

可见光波段的在日常生活和工作中，应用范围非常的广。围绕光谱波段的部件产品主要是滤光片，滤光片分为带通滤光片、长波通滤光片、短波通滤光片、中性密度滤光片（衰减光强，不改变光谱能量密度）、颜色滤光片、二向色滤光片。

 红外波段

红外光谱的可以分为近红外（0.78um～1um）、短波红外（1um～2.5um）逐步扩展到中波红外（3um～5um）、长波红外（8um～14um）。

常规的可见光相机可以延伸到近红外波段，只是量子效应不太高。

短波红外探测器的的材料主要以铟镓砷（InGaAs）为主，光谱范围可以是0.9um~1.7um）。

中波红外探测器以制冷型为主，主要材质为碲镉汞（HgCdTe）、锑化铟（InSb）。

长波探测器分为制冷型和非制冷型，制冷型探测器主要材料为碲镉汞（HgCdTe），非制冷型探测器主要为非晶硅（α-Si）、氧化钒（VOx）。

 目标的热辐射强度

热辐射，物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大。辐射的总能量与绝对温度的四次方成正比。

自然界中的一切物体都在向外辐射能量。假设物体A辐射出去的能量有一部分(TA)投射到了物体B的表面时，TA中的一部分TA(α)被物体B的表面所吸收；TA中的另一部分TA(ρ)被物体B的表面所；还有另一部分TA(γ)穿透了B。

吸收率α：表示物体B吸收的能量占投射到B上的总能量的比值，反映了物体对外来辐射的吸收能力。

反射率ρ：表示被物体B反射出去的能量占投射到B上总能量的比值，反映了物体对外来辐射的反射能力。

透过率γ：表示透过物体B表面的能量占投射到B上总能量的比值，反映了物体对外来辐射的透过能力。

三者之间的关系满足：α+ρ+γ= 1下面给出几种特殊情况

当α=1，ρ=γ=0时，表明物体A投射到物体B上的能量完全被物体B所吸收，此时的物体B称为绝对黑体。

当ρ=1，α=γ=0时，表明物体A投射到物体B上的能量完全被物体B反射出去，此时的物体B称为绝对白体。

当γ=1、ρ=α=0，表明物体A投射到物体B上的能量穿透B表面全部投射出去，此时的物体B称为绝对透明体或者绝对透热体。

需要注意的是，上述三种特殊情况均属于假设情况，真实的自然界中不存在绝对黑体、绝对白体以及绝对透明体。此外，物体表面的吸收率、反射零和投射率还与投射到物体表面的波长有关。

物体的辐射率等于物体在一定温度下辐射出的能量与同一温度下黑体辐射出的能量的比值，黑体的辐射率等于1，其它物体的辐射率介于0和1之间。辐射率衡量的是物体表面以辐射的形式释放能量相对强弱的能力。物体的辐射率仅于物体表面的性质有关，根据基尔霍夫定律，在给定温度条件下，任何物体的辐射率在数值上等于此物体的吸收率。

 维恩移位定律

维恩位移定律（Wien displacement law），热辐射的基本定律之一。在一定温度下，绝对黑体的温度与辐射本领最大值相对应的峰值波长λ的乘积为一常数，即λ（m）T=b单位：米*开尔文m·K）。

 维恩移位定律