红外特性及应用.pdfVIP

第 1 页 红外通信特性实验 波长范围在 0.75~1000 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。对热辐射的深入研究导致普朗克量子理论的创立。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。 现代红外技术的成熟已经打开了一系列应用的大门。例如红外通信，红外污染监测，红外 跟踪，红外报警，红外治疗，红外控制，利用红外成像原理的各种空间监视传感器，机载传感 器，房屋安全系统，夜视仪等。 光纤通信早已成为固定通信网的主要传输技术，目前正积极研究将光通信用于微波通信一 直占据的宽带无线通信领域。无论光纤通信还是无线光通信，用的都是红外光。这是因为，光 纤通信中，由石英材料构成的光纤在 0.8~1.7 微米的波段范围内有几个抵损耗区，而无线大气 通信中，考虑到大气对光波的吸收，散射损耗及避开太阳光散射形成的背景辐射，一般在 0.81~0.86，1.55~1.6 微米两个波段范围内选择通信波长。因此，一般所称的光通信实际就是红 外通信。 【实验目的】 1、 了解红外通信的原理及基本特性。 2 、 测量部分材料的红外特性。 3、 测量红外发射管的伏安特性，电光转换特性。 4 、 测量红外发射管的角度特性。 5、 测量红外接收管的伏安特性。 6、 基带调制传输实验。 7、 副载波调制传输实验。 8、 音频信号传输实验。 9、 数字信号传输实验。 【实验仪器】 红外通信特性实验仪，示波器，信号发生器 【实验原理】 1、红外通信 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。 红外传输的介质可以是光纤或空间，本实验采用空间传输。 2 、红外材料 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 第 2 页 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： dI =−αIdx （1） 对上式积分，可得： I I e−αL （2 ） o 上式中L 为材料的厚度。 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，它在0.14~4.5 微米的波长范围内都有较高的透射率。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。氟化物晶体如氟化钙，氟化镁。 氧化物陶瓷如蓝宝石单晶(Al O ），尖晶石(MgAl O ) ，氮氧化铝，氧化镁，氧化钇，氧化锆。 2 3 2 4 还有