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）。波长和频率的关系由光速 c 决定：
[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)。

不同材料的探测器对不同波长的辐射敏感。例如，铟锑化物（InSb）是一种掺杂半导体，带隙仅为 0.18 eV，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 的辐射才能被检测到。

1.3 电磁频谱

单色辐射仅由一个频率和波长组成。辐射在可能的波长范围内的分布称为频谱或光谱分布。电磁辐射涵盖了从波长约为 (10^{-16} m) 的高能宇宙射线到波长超过 (10^6 m) 的声