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红外通常指波长从0.75至1000微米的电磁波，红外波段的短波端与可见光红光相邻，长波端与微波相接。红外与电磁频谱的其他波段一样以光速传播，遵守同样的反射、折射、衍射和偏振等定律。彼此差别只是波长、频率不同而已。红外谱段可进一步划分为：

表1.1 红外谱段的划分

图1.1电磁频谱

定义、符号和量纲-辐射测量术语

在可见光范畴，已有完善的光度学术语和计量单位，如光通量的单位为流明（lm），发光强度单位为坎德拉（cd）,以及光照度单位勒克斯（lx）。光度学物理量主要根据光学引起观察者的视觉感知来计量，其度量单位不是由质量、长度和时间等最基本的物理单位构成的。

辐射学的物理量用辐射能量度量的，其辐射术语可应用于整个电磁频谱，包括微波、红外、紫外和X射线等谱段。如要将辐射量转换为光度量，必须计入人眼视觉特性。如1瓦辐射通量相当于多少流明的光通量，就与视见函数有关。

辐射术语的中文译名非常混乱，《红外系统原理》(Hudson著，中译本)所推荐使用的译名如表所列。

表1.2 常用辐射术语的定义、符号和量纲

辐射术语虽名目繁多，但命名方法还是有规律可循：

1） 凡是冠以“辐射”前缀的术语，均强调它们是辐射量，不是光度量。

2） 有“光子”前缀的辐射量不是用辐射能或辐射功率度量的（如用瓦、焦耳等），而是用入射的光子数来度量的。这是因为有一类探测器的响应与能量并无直接关系，而是主要与入射的光子数有关。

 3）带“光谱”前缀的辐射量是在特定波长上，单位波长间隔内测得的。无“光谱”前缀的辐射量是在全光谱范围内或特定波段内测得的，两者的量纲明显不同。

4）表中发射本领、吸收率、反射率和透过率等项均定义为比值，无量纲。它们主要与材料性质有关，如无说明，工程上将它们默认为红外仪器工作波段内的波段值。如需强调它们是光谱值，也可加下标，如ε_λ即光谱发射本领。

由于有些辐射术语有多个中文译名，需予说明：

1）辐射通量 P（Radiant Flux），也译作“辐射功率”。“通量”和“功率”含义相同，均表示能量传递的时间速率。本书采用“辐射通量”，以求与光度学的“光通量”相呼应。

2) 辐射通量密度 W（Radiant Flux Density），也译作“辐射发射量”或“辐射出射度”（Radiant Emittance）。由于该术语的英文名就不一致，笔者认为译作“辐射通量密度”或“辐射出射度”均可。“密度”一词能表达出“单位面积”的含义，而“出射度”较容易与“照度”相区分。

3) 辐射亮度 N（Radiance），也译作“辐射率”。本书用“辐射亮度”，与光度学的“亮度”相对应，或按习惯简称为“辐亮度”。

4) 发射本领ε（Emissivity）,有“比辐射率”、“发射率”等其他译名。

辐射亮度和理想朗伯体辐射计算

一个辐射源可以用辐射强度、辐射通量密度和辐射通量来描述其强弱和能量的空间分布。

辐射强度定义为辐射源在单位立体角内的辐射功率，反映了辐射能传递的空间分布。辐射通量密度是单位辐射面积发出的所有辐射功率，反映了辐射发射的面密度，而辐射通量则是整个辐射源向空间发射的功率，即发射的辐射能的时间速率。

辐射亮度定义是：辐射源在沿视线方向单位投影面积向单位立体角所辐射的功率。可以用公式表达辐射强度、辐射通量密度和辐射通量与辐亮度的关系。

将辐射亮度对辐射所张的空间立体角积分，可得辐射通量密度：

取辐射亮度对辐射所张空间立体角和辐射面积的双重积分，可得辐射通量：

上述公式中：

N 为辐射源的辐亮度；

dA为辐射源面元的面积；

Θ为发射方向与dA 法线的夹角；

cosΘ ·dA即辐射源面元在发射方向的投影；

辐照度与辐射通量密度有相同的量纲（W/cm²），但辐射通量密度是发射的功率密度，而辐照度是单位被照面积接收到的辐射通量，是指接收端的功率密度。当用仪器接收辐射时，入瞳的辐照度按下式计算：

此公式与（1.2.2）式形式上完全一致，但式中的辐亮度为接收端的辐亮度，对立体角的积分范围应是仪器的接收立体角。下面将要讲到：如不计能量传递过程的损失，辐射源的辐亮度和仪器接收端的辐亮度是相等的。如考虑能量损失，计算也较为简单。因此，工程应用中，源的辐亮度计算十分重要。

一般情况，物体辐射或反射均有方向性，能量仅在一个有限的空间立体角内传递。换言之，它的辐射亮度与发射方向有关。理想的全漫射体发射的能量应能向半球空间均匀辐射，而且辐射亮度是常数，这种理想的漫辐射体被称为朗伯漫射体。朗伯体面元的辐射强度只与测量方向与面元法线夹角的余弦成正比，即遵循朗伯余弦定律

当我们以不同的视角用肉眼去观察一个具有漫射特性的发光体（如太阳）时，每个视觉细胞“看到”的发光面元cosΘdA是实际面元dA在视线方向的投影。当我们从法线方向看中心部分，或者从切线方向看边缘部分时，虽然实际面源的大小是变化的，它在视线方向的投影面积不变，它向瞳孔所张的立体角也不变。由于朗伯体的辐亮度与视线的方向无关，瞳孔接收到的能量不因观察方向而异。因此，我们看到的都是一个均匀的亮团。

图1.4 朗伯定律图解

理想的朗伯体向半球发射的辐射通量密度与其辐射亮度之间存在较简洁的关系。

在球坐标系中

图1.5朗伯体辐射计算图示

值得注意的是：辐射通量密度是辐亮度的π倍，而不是2π倍（半球立体角）。

朗伯漫辐射体仅是一个理想模型，它要求在半球空间的辐射都是均匀的。事实上，许多辐射源只是在一定的空间范围内满足朗伯漫射特性。大多数电绝缘材料，测量方向与法线的夹角不超过60°，导电材料夹角不超过50°，辐射亮度都可近似认为相等。许多光源（如激光二级管）的产品手册中均给出发射瓣的半宽度这样一个指标，发射瓣内辐射亮度基本恒定。

波段辐射量和光谱辐射量

光谱辐射量是在特定波长下用单位波长间隔测量的。由于任何辐射体均有一定的光谱范围，任何探测装置的光学系统和探测器也有自己固有的光谱响应范围，无论从系统角度还是从应用角度，我们关心的只是波段辐射量。许多文献的公式中，辐射通量、辐射通量密度、辐射强度、辐射亮度和辐照度的波段值并未采用特殊的标识符号，隐含的光谱波段即仪器的工作波段。确有必要说明时，可用下标注明波段范围。

波段辐射量与光谱辐射量的关系为：

物质的辐射、反射、吸收都有一定的光谱范围，甚至有剧变的吸收谱线和发射峰。因此，比辐射率、吸收率、反射率和透过率都是与光谱有关的。如无特殊说明，它们都被默认为仪器工作波段内的平均值。需要强调它们是光谱值时，也可加波长下标。