3、电磁辐射与辐射度量学基础

电磁辐射与辐射度量学基础

1 电磁辐射基础

1.1 电磁波

电磁辐射由携带能量并在空间中传播的电磁波组成。电场和磁场以时间频率 ν 和空间波长 λ 交替变化。ν 的公制单位是每秒周期数（s⁻¹），也称为赫兹（Hz），λ 的单位是米（m）。波长和频率通过光速 c 相关联：
[c = \nu\lambda]
光速取决于电磁波传播的介质。在真空中，光速为 (2.9979×10^8 m s^{-1})，这是一个基本物理常数，也是任何物体可能达到的最大速度。当光进入物质时，光速会降低，减速程度取决于介质的电磁特性。

1.2 光子能量

除了电磁理论，辐射也可以被视为粒子流，即离散的能量包，称为光子。一个光子以光速 c 传播，并携带能量：
[e_p = h\nu = \frac{hc}{\lambda}]
其中 (h = 6.626×10^{-34} J s) 是普朗克常数。因此，辐射的能量是量子化的，对于特定频率 ν，只能是 (h\nu) 的倍数。单个光子的能量通常用电子伏特（eV）表示，(1 eV = 1.602×10^{-19} J)。

在固态传感器中，吸收的光子能量用于将电子从半导体的价带提升到导带。带隙能量 (E_g) 定义了这个过程所需的最小光子能量。例如，锑化铟（InSb）的带隙仅为 0.18 eV，它对波长低于 6.9 µm 的辐射敏感；硅（Si）的带隙为 1.1 eV，需要波长低于 1.1 µm 才能被检测到。

1.3 电磁频谱

单色辐射仅由一个频率和波长组成。辐射在可能波长范围内的分布称为频谱或光谱分布。电磁辐射涵盖了从高能宇宙射线（波长约为