实验63 红外物理特性及应用实验.doc

~1000微米的电磁波称为红外波,对红外频谱的研究历来是基础研究的重要组成部分。对原子与分子的红外光谱研究,帮助我们洞察它们的电子,振动,旋转的能级结构,并成为材料分析的重要工具。对红外材料的性质,如吸收、发射、反射率、折射率、电光系数等参数的研究,为它们在各个领域的应用研究奠定了基础。袀【实验目的】羇了解红外通信的原理及基本特性。蕿了解部分材料的红外特性。芇了解红外发射管的伏安特性,电光转换特性。薄了解红外发射管的角度特性。羃了解红外接收管的伏安特性。羀【实验原理】罿1、红外通信莃在现代通信技术中,为了避免信号互相干扰,提高通信质量与通信容量,通常用信号对载波进行调制,用载波传输信号,在接收端再将需要的信号解调还原出来。不管用什么方式调制,调制后的载波要占用一定的频带宽度,如音频信号要占用几千赫兹的带宽,模拟电视信号要占用8兆赫兹的带宽。载波的频率间隔若小于信号带宽,则不同信号间要互相干扰。能够用作无线电通信的频率资源非常有限,国际国内都对通信频率进行统一规划和管理,仍难以满足日益增长的信息需求。通信容量与所用载波频率成正比,与波长成反比,目前微波波长能做到厘米量级,在开发应用毫米波和亚毫米波时遇到了困难。红外波长比微波短得多,用红外波作载波,其潜在的通信容量是微波通信无法比拟的,红外通信就是用红外波作载波的通信方式。肂红外传输的介质可以是光纤或空间,本实验采用空间传输。莁2、红外材料蒇光在光学介质中传播时,由于材料的吸收,散射,会使光波在传播过程中逐渐衰减,对于确定的介质,光的衰减dI与材料的衰减系数α,光强I,传播距离dx成正比:莆(1)膂对上式积分,可得:(2)蒈上式中L为材料的厚度。腿材料的衰减系数是由材料本身的结构及性质决定的,不同的波长衰减系数不同。普通的光学材料由于在红外波段衰减较大,通常并不适用于红外波段。常用的红外光学材料包括:石英晶体及石英玻璃,半导体材料及它们的化合物如锗,硅,金刚石,氮化硅,碳化硅,砷化镓,磷化镓。氟化物晶体、氧化物陶瓷、还有一些硫化物玻璃,锗硫系玻璃等。膅光波在不同折射率的介质表面会反射,入射角为零或入射角很小时反射率:节(3)衿由(3)式可见,反射率取决于界面两边材料的折射率。由于色散,材料在不同波长的折射率不同。折射率与衰减系数是表征材料光学特性的最基本参数。由于材料通常有两个界面,测量到的反射与透射光强是在两界面间反射的多个光束的叠加效果,如图1所示。反射光强与入射光强之比为:蚇(4)袄透射光强与入射光强之比为:莂(5)芀原则上,测量出I0、IR、IT,联立(4)、(5)两式,可以求出R与α。下面讨论两种特殊情况下求R与α。荿对于衰减可忽略不计的红外光学材料,α=0,e–αL=1,此时,由(4)式可解出:羇(6)蒂对于衰减较大的非红外光学材料,可以认为多次反射的光线经材料衰减后光强度接近零,对图1中的反射光线与透射光线都可只取第一项,此时:蚁(7)螆(8)蚆由于空气的折射率为1,求出反射率后,可由(3)式解出材料的折射率:蒂(9)肁很多红外光学材料的折射率较大,在空气与红外材料的界面会产生严重的反射。,反射率为14%,锗的折射率为4,反射率为36%。为了降低表面反射损失,通常在光学元件表面镀上一层或多层增透膜来提高光学元件的透过率。