红外物理学

本书介绍了红外物理学产生和发展概况，从光的电磁理论出发，系统、深入地阐述了红外辐射传播时产生的基本现象和遵循的基本规律，同时讲述了红外辐射源的原理、结构、制作技术、工艺和光谱特性。全书共分6章，内容包括红外物理学概述，红外辐射的基本规律，红外辐射的基本定理，红外辐射源，红外辐射在大气中的传输，目标和背景的红外辐射特性。
本着厚基础、重应用、使读者学以致用的理念，本书在重点讲述红外物理的基本原理、基本概念和基本知识的基础上，全面、系统地讲述了红外物理的基本理论以及红外辐射源的结构、功能、制作方法和相关应用。
本书可作为电子科学与技术、光电子技术科学、安全防范工程以及光学工程等专业本科生的专业基础教材，也可供进行红外及相关领域学习与研究的其他师生和科技人员参考。

宋贵才，教授、博士生导师。1987年毕业于长春光学精密机械学院光学物理系激光技术专业，毕业后留校任教。之后获军用光学专业硕士学位和光学工程专业博士学位。2001年起，在长春理工大学(原长春光学精密机械学院)理学院工作，曾担任电子科学与技术系系主任。主要从事电子科学与技术、光电信息科学与工程专业本科生和物理电子学专业研究生的教学和科研工作，研究方向涉及激光、红外和光电子技术等领域。现为国家精品资源共享课“红外物理”课程负责人、长春理工大学校教学督导组副组长。

绪论
第1章红外物理学概述
1.1红外物理学基础
1.1.1红外辐射与红外光谱
1.1.2红外物理学研究对象
1.2描述辐射场的基本物理量
1.2.1立体角及其计算
1.2.2辐射能和辐射能密度
1.2.3辐射功率和光谱辐射功率
1.2.4辐射强度和光谱辐射强度
1.2.5辐射出射度和光谱辐射出射度
1.2.6辐射亮度和光谱辐射亮度
1.2.7辐射照度和光谱辐射照度
1.2.8辐射吸收率、辐射反射率和辐射透射率
1.2.9比辐射率和单色比辐射率
1.3描述光度量的基本物理量
1.3.1光谱光视效能和光谱光视效率
1.3.2光通量
1.3.3发光强度
1.3.4光出射度
1.3.5光亮度
1.3.6光照度
本章小结
应用实例
本章习题
第2章红外辐射的基本规律
2.1漫辐射源和朗伯余弦定律
2.1.1漫辐射源及朗伯余弦定律
2.1.2漫辐射源的辐射特性
2.2辐射量的基本规律及计算
2.2.1距离平方反比定律
2.2.2立体角投影定律
2.2.3Talbot定律
2.3辐射量计算举例
2.3.1圆盘的辐射特性及计算
2.3.2球面的辐射特性及计算
2.3.3点源产生的辐射照度
2.3.4小面源产生的辐射照度
2.3.5扩展源产生的辐射照度
2.4朗伯定律和朗伯比耳定律
2.4.1朗伯定律
2.4.2朗伯比耳定律
本章小结
应用实例
本章习题
第3章红外辐射的基本定理
3.1发光种类简介
3.1.1发光类型
3.1.2普雷夫定则
3.2理想黑体
3.2.1基尔霍夫定律
3.2.2封闭空腔中的辐射为黑体的辐射
3.2.3辐射亮度与能量密度的关系
3.2.4黑体为朗伯辐射体
3.3普朗克公式
3.3.1普朗克公式的推导
3.3.2普朗克公式及其意义
3.3.3普朗克公式的近似
3.3.4用光子数表示的普朗克公式
3.3.5用其他变量表示的普朗克公式
3.3.6广义普朗克函数
3.4维恩位移定律
3.4.1维恩位移定律推导
3.4.2黑体光谱辐射出射度的峰值
3.4.3光子辐射量的维恩位移定律
3.4.4维恩位移定律的广义表达式
3.5斯蒂芬玻尔兹曼定律
3.5.1斯蒂芬玻尔兹曼定律推导
3.5.2用光子数表示的斯蒂芬玻尔兹曼定律
3.6黑体辐射的简易计算
3.6.1黑体辐射函数
3.6.2黑体辐射计算举例
3.7辐射效率和辐射对比度
3.7.1辐射效率
3.7.2辐射对比度
3.8金属的辐射
3.8.1金属的辐射特性
3.8.2金属的辐射方程
本章小结
应用实例
本章习题
第4章红外辐射源
4.1红外辐射的基本定理
4.1.1巴特利特定理
4.1.2萨姆普纳定理
4.1.3沃尔什定理
4.1.4亥姆霍兹互易定理
4.2黑体辐射源
4.2.1黑体炉的用途和分类
4.2.2黑体炉的基本结构
4.2.3腔型的选择和腔芯材料
4.2.4腔体的加热和温度控制
4.2.5黑体视场和技术指标
4.3古费理论
4.3.1古费公式的推导
4.3.2三种腔型的有效发射率
4.3.3相关曲线和使用方法
4.3.4对有限制开孔腔体的修正
4.4电热固体辐射源
4.4.1能斯脱灯
4.4.2硅碳棒
4.4.3钨丝灯、钨带灯和钨管灯
4.4.4乳白石英加热管
4.5气体或蒸汽辐射源
4.5.1放电种类和过程
4.5.2水银灯
4.5.3氙灯
4.5.4碳弧灯
4.6红外激光器
4.6.1激光器的基本结构、能级图和激光的特点
4.6.2Nd:YAG激光器
4.6.3氦氖激光器
4.6.4二氧化碳激光器
4.6.5半导体激光器
本章小结
应用实例
本章习题
第5章红外辐射在大气中的传输
5.1大气的组成和大气分层
5.1.1大气的组成成分
5.1.2大气分层
5.2大气的气象条件
5.2.1大气压强
5.2.2大气密度
5.3大气对辐射吸收概述
5.3.1大气对辐射吸收的机理
5.3.2主要吸收分子和吸收谱线
5.3.3大气各主要组分的红外吸收谱
5.3.4大气红外窗口
5.3.5吸收带的经验公式
5.4水蒸气对红外辐射的吸收
5.4.1水蒸气的基本性质和相关概念
5.4.2可凝结水量
5.4.3水蒸气的分布
5.5二氧化碳对红外辐射的吸收
5.5.1二氧化碳的吸收和分布特点
5.5.2二氧化碳的大气厘米数
5.5.3高度修正因子
5.6臭氧和其他成分对红外辐射的吸收
5.6.1臭氧的形成和分解
5.6.2臭氧的分布
5.6.3其他成分对红外辐射的吸收
5.7大气中的散射粒子
5.7.1散射粒子的尺寸
5.7.2散射粒子的浓度和分布
5.7.3散射的种类
5.8大气对红外辐射的散射
5.8.1散射的一般方程
5.8.2瑞利散射、米氏散射和分子散射
5.9气象视程和视距
5.9.1视程与视距方程
5.9.2测量λ0处视程的原理
5.9.3利用λ0处的视程求任意波长的散射系数
5.10大气透射率的计算
5.10.1透射率计算步骤
5.10.2计算透射率实例
5.10.3清洁大气在宽谱段内的吸收
5.10.4激光在大气中的透射率
5.11激光在大气中传输的能量衰减
5.11.1衰减系数
5.11.2单程水平路径激光大气传输的能量衰减
5.11.3单程垂直路径激光大气传输的能量衰减
5.11.4单程斜路径激光大气传输的能量衰减
本章小结
应用实例
本章习题
第6章目标和背景的辐射特性
6.1太阳、月亮以及恒星(行星)的光辐射特性
6.1.1太阳的基本特性
6.1.2太阳的光辐射特性
6.1.3月亮的基本特性
6.1.4恒星(行星)的光辐射特性
6.2天空背景的光辐射特性
6.2.1大气对太阳辐射的散射
6.2.2大气自身的热辐射
6.3地物的光辐射特性
6.3.1植被的光辐射特性
6.3.2水的光谱特性
6.3.3冰雪的光谱反射特性
6.3.4地物的红外反射特性
6.4海洋的光辐射特性
6.4.1海洋的光谱辐射亮度
6.4.2平静海面的光谱反射率
6.4.3海平面反射率和发射率
6.4.4不同粗糙度下的反射率
6.5火箭的光辐射特性
6.5.1火箭外壳辐射
6.5.2低空火箭喷焰结构及随高度变化
6.5.3火箭光谱辐射图
6.6飞机的光辐射特性
6.6.1涡轮喷气和涡轮风扇发动机
6.6.2飞机后半球的辐射
6.6.3飞机前半球的辐射
6.6.4发动机辐射强度方向图
6.6.5第四代战机简介
6.7其他目标的光辐射特性
6.7.1坦克的红外辐射特性
6.7.2火炮的红外辐射特性
6.7.3红外诱饵的辐射特性
6.7.4人体的红外辐射特性
本章小结
应用实例
本章习题
附录Af(λT)函数表和F(λT)函数表
附录B热带、中纬度夏季和冬季大气模型数据
附录C海平面上水平路程水蒸气的光谱透射率的数值
附录D海平面上水平路程CO2的光谱透射率的数值
附录E距太阳日地平均距离处的太阳光谱辐射照度
附录F辐照度与截止波长和背景温度的关系
参考文献