24、中红外和远红外光谱的炽热光源及同步辐射源

中红外和远红外光谱的炽热光源及同步辐射源

1 背景知识

红外吸收光谱学主要研究特定厚度样品对红外辐射的吸收情况。借助分光光度计可确定吸收随波长的分布。分光光度计需要多波长的强辐射源，以保证照射到样品上的辐射强度足够。红外辐射强度常用入射功率（瓦）表示，其几何分布在光谱仪设计和性能方面起着重要作用。通常，样品的照明面积应小于 0.25 平方厘米（直径约 0.6 厘米），微采样时面积更小。为使与比尔定律的偏差最小，照明应大致垂直于样品表面，且角度范围较小。理想的红外辐射源应在小面积和小角度范围内具有高辐射强度。

2 扩展量（´Etendue）

光束面积 (A)（平方厘米）与其立体角 (\Omega)（球面度，sr）的乘积被称为扩展量 (\epsilon)（平方厘米·球面度）。对于以总锥角 (\theta) 度照射样品的圆形对称光束，其对应的立体角 (\Omega) 为：
(\Omega = \pi(\frac{\theta^2}{4}))（(\theta) 用弧度表示）
可用的红外辐射源应在扩展量约为 0.05 平方厘米·球面度时具有最大入射功率。

3 理想炽热光源的辐射功率

普朗克辐射定律决定了处于平衡温度的腔体小孔的辐射功率，即黑体辐射，对应理想的炽热光源。单位波长间隔和单位平方厘米·球面度的功率密度 (P_{\lambda}) 为：
(P_{\lambda}d\lambda = \frac{C_1}{\lambda^5{\exp[C_2/(\lambda T)] - 1}}d\lambda)
若用单位波数间隔表示，方程则变为：
(P_{\nu}d\nu = \frac{C_1\nu