Table Of ContentOptical Physics and Engineering
Mikael A. Bramson
Infrared Radiation
IINNFFRRAARREEDD RRAADDIIAATTIIOONN
AA HHaannddbbooookk ffoorr AApppplliiccaattiioonnss
OOppttiiccaall PPhhyyssiiccss aanndd EEnnggiinneeeerriinngg
SSeerriieess EEddiittoorr:: WWiilllliiaamm LL.. WWoollffee
HHoonneeyywweellll IInncc.. RRaaddiiaattiioonn CCeenntteerr
BBoossttoonn,, MMaassss..
11996688::
MM.. AA.. BBrraammssoonn
IInnffrraarreedd RRaaddiiaattiioonn:: AA HHaannddbbooookk ffoorr AApppplliiccaattiioonnss
IInn pprreeppaarraattiioonn::
SS.. NNuuddeellmmaann aanndd SS.. SS.. MMiittrraa,, EEddiittoorrss
OOppttiiccaall PPrrooppeerrttiieess ooff SSoolliiddss
INFRARED RADIATION
A Handbook for Applications
With a Collection of Reference Tables
by Mikael' A. Bramson
Institute of Mineral Fuels
Academy of Sciences of the USSR, Moscow
Translated from R~ssian by
Richard B. Rodman
Harvard College Observatory
Cambridge, Massachusetts
Translation Edited and with a Foreword by
William L. Wolfe
<±?
SPRINGER SCIENCE+BUSINESS MEDIA. LLC 1968
The original Russian text, published for the Academy of Sciences of the
USSR as two volumes by Nauka Press in Moscow in 1964, has been con
solidated into one volume and corrected for this edition.
Mwcaa.zh A6pa.l!o6U't BpaMcou
Hm:PpaKpacHoe H3Jiy'leHHe HarpeThiX TeJI
CrrpaBO'IHhie Ta6JIH~hi
ITO HH<tJpaKpaCHOMY H3Jiy'leHH.fO HarpeTh!X TeJI
INFRAKRASNOE IZLUCHENIE NAGRETYKH TEL
SPRAVOCHNYE TABLITSY
PO INFRAKRASNOMU IZLUCHENIYU NAGRETYKH TEL
ISBN 978-1-4757-0913-1 ISBN 978-1-4757-0911-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-1-4757-0911-7
Library of Congress Catalog Card ;\lumber 68·26812
© 1968 Springer Science+Business Media New York
Originally published by Plenum Press in 1968
A ll righ ts rcserved
No part of this publication may be reproduced in any
form without written permission from the publisher
FFOORREEWWOORRDD
OOppttiiccss iiss rreebboorrnn.. TThheerree iiss ffrreesshh nneeww vviittaalliittyy iinn aappppllyyiinngg oolldd tteecchhnniiqquueess
ttoo nneeww pprroobb lleemmss aanndd ffuullllyy eexxpplloorriinngg nnoovveell pphheennoommeennaa.. LLaasseerrss,, hhoollooggrraapphhyy,,
sstteellllaarr nnaavviiggaattiioonn,, nnoonnlliinneeaarr pphheennoommeennaa,, aanndd rreemmoottee sseennssiinngg aarree ssuubbjjeeccttss ooff
tthhee sseevveennttiieess,, aanndd tthheeiirr ffuurrtthheerr ddeevveellooppmmeenntt wwiillll iinnccrreeaassee oouurr uunnddeerrssttaannddiinngg
ooff nnaattuurree aanndd tthhee ddeevveellooppmmeenntt ooff tteecchhnnoollooggyy.. TThhiiss SSeerriieess iiss ddeevvootteedd ttoo pprroovviidd
iinngg iiddeeaass aanndd ddaattaa ttoo nnoouurriisshh tthhee ggrroowwtthh ooff tthheessee sscciieennttiiffiicc aanndd eennggiinneeeerriinngg eenn
ddeeaavvoorrss'' ffoorr wwee ffeeeell ssttrroonnggllyy tthhaatt sscciieennccee aanndd eennggiinneeeerriinngg fflloouurriisshh bbeesstt wwhheenn
tthheeyy ggrrooww ttooggeetthheerr..
SSoommee ooff tthhee vvoolluummeess iinn tthhee SSeerriieess wwiillll bbee ddeevvootteedd ttoo tthhee ooppttiiccaall pprrooppeerrttiieess
ooff mmaatteerriiaallss,, tthheeoorriieess ooff tthhee ddeettaaiilleedd mmeecchhaanniissmmss ooff aabbssoorrppttiioonn,, rreefflleeccttiioonn,,
aanndd nnoonnlliinneeaa rr pphheennoommeennaa,, aanndd eelleeccttrroo--ooppttiiccaall ccooeeffffiicciieennttss.. TThhee uunnddeerrssttaannddiinngg
ooff ssuucchh tthhiinnggss lleeaaddss ttoo ffuurrtthheerr eennggiinneeeerriinngg aapppplliiccaattiioonnss..
CCoommppaanniioonnss ttoo ssuucchh tthheeoorreettiiccaall bbooookkss wwiillll bbee ccoommppeennddiiaa ooff pprrooppeerrttyy
ddaattaa;; tthhee ttrriiaadd iiss ccoommpplleetteedd bbyy mmoonnooggrraapphhss oonn tthhee uussee ooff tthhee mmaatteerriiaallss iinn oopp
ttiiccaall aanndd eelleeccttrroo--ooppttiiccaall ssyysstteemmss.. LLaasseerr mmaatteerriiaallss,, llaasseerrss,, aanndd llaasseerr ssyyss
tteemmss ffoorrmm oonnee ooff tthhee ggrroouuppss wwhhiicchh wwiillll ccoommpprriissee tthhee ffuullll sseett ooff rreeaaddyy--rreeffeerreennccee
mmaatteerriiaall ffoorr tthhee eennttiirree ffiieelldd..
TThhee SSeerriieess wwiillll bbee iinntteennttiioonnaallllyy iinntteerrnnaattiioonnaall,, iinncclluuddiinngg aa ffaaiirr ssaammpplliinngg
ooff RRuussssiiaann wwoorrkk.. TThheerree aarree iimmppoorrttaanntt bbeenneeffiittss ttoo bbee oobbttaaiinneedd iinn tthhee aalltteerrnnaattee
aapppprrooaacchheess oofftteenn ttaakkeenn bbyy oouurr SSoovviieett aanndd ootthheerr ffoorreeiiggnn ccoolllleeaagguueess ((jjuusstt aass tthheeyy
ccaann ggaaiinn ffrroomm ssttuuddyyiinngg oouurrss))..
TThhee ffiirrsstt vvoolluummee ooff tthhee SSeerriieess,, bbyy MM.. AA.. BBrraammssoonn,, aa mmeemmbbeerr ooff tthhee IInn
ssttiittuuttee ooff MMiinneerraall FFuueellss ooff tthhee AAccaaddeemmyy ooff SScciieenncceess ooff tthhee UUSSSSRR,, iiss pprreeppaarreedd
ffrroomm aann eennggiinneeeerriinngg ppooiinntt ooff vviieeww,, bbuutt ssttaarrttss ffrroomm bbaassiicc pprriinncciipplleess.. PPllaanncckk''ss
llaaww iiss rreevviissiitteedd iinn iittss mmaannyy ddiiffffeerreenntt ffoorrmmss:: ffoorr rraaddiiaanntt iinntteennssiittyy,, ffoorr rraaddiiaanntt
eexxiittaannccee,, aanndd ffoorr rraaddiiaannccee,, iinn tteerrmmss ooff wwaavveelleennggtthh,, ffrreeqquueennccyy,, aanndd pphhoottoonn
nnuummbbeerr.. TThhee eexxppoossiittiioonnss aarree ddoonnee wwiitthh pprreecciissiioonn aanndd eexxpplliicciitt ccaarree.. UUsseeffuull aapp
pprrooxxiimmaattiioonnss aarree ddeerriivveedd,, iinncclluuddiinngg tthhee WWiieenn aanndd RRaayylleeiigghh--JJeeaannss eexxpprreessssiioonnss
aanndd mmooddiiffiiccaattiioonnss ooff tthhee SStteeffaann--BBoollttzzmmaannnn llaaww,, TThhiiss iiss pprroobbaabbllyy tthhee mmoosstt
vv
vvii FFOORREEWWOORRDD
tthhoorroouugghh ttrreeaattmmeenntt ooff tthheessee ssuubbjjeeccttss iinn pprriinntt.. RRaaddiiaattiioonn,,ccoolloorr,, aanndd bbrriigghhttnneessss
tteemmppeerraattuurreess aarree ddiissccuusssseedd iinn cchhaapptteerrss oonn rraaddiioommeettrryy aanndd ppyyrroommeettrryy,, wwhheerree
ssuucchh ssuubbjjeeccttss aass ttwwoo--ccoolloorr eemmiissssiivviittyy--iinnddeeppeennddeenntt tteemmppeerraattuurree--mmeeaassuurreemmeenntt
mmeetthhooddss aarree ddeessccrriibbeedd.. TThhee cchhaapptteerrss oonn mmeeaassuurreemmeennttss ssttaarrtt ffrroomm tthheeoorryy
aanndd pprrooggrreessss tthhrroouugghh vveerryy pprraaccttiiccaall llaabboorraattoorryy hhiinnttss;; tthheeyy iinncclluuddee mmeeaassuurriinngg
ffllaammeess,, bbooddiieess ccoooolleerr tthhaann tthhee rraaddiioommeetteerr,, ppaarrttiiaallllyy ttrraannssppaarreenntt bbooddiieess,, aanndd
ootthheerr ddiiffffiiccuulltt aapppplliiccaattiioonnss.. UUsseeffuull ddaattaa ooff mmaannyy tteecchhnniiccaall mmaatteerriiaallss aarree ggiivveenn
iinn ccoonnnneeccttiioonn wwiitthh aa ddeessccrriippttiioonn ooff tthheeiirr eeffffeeccttss oonn ssuucchh mmeeaassuurreemmeennttss.. TThhee
bbooookk ccoonncclluuddeess wwiitthh uusseeffuull ccoommpprreehheennssiivvee ttaabblleess ooff bbllaacckkbbooddyy ffuunnccttiioonnss..
TThhiiss iinniittiiaall SSeerriieess vvoolluummee iiss mmoosstt cceerrttaaiinnllyy rreeccoommmmeennddeedd ffoorr pprraaccttii
ttiioonneerrss ooff tthh~~ sscciieennccee ooff iinnffrraarreedd mmeeaassuurreemmeenntt aanndd ffoorr ddeessiiggnneerrss ooff mmiilliittaarryy
aanndd ssppaaccee ssyysstteemmss.. IItt ccaann bbee uusseedd aass aa tteexxtt ffoorr aa sseenniioorr oorr ggrraadduuaattee ccoouurrssee
iinn iinnffrraarreedd tteecchhnnoollooggyy;; iittss tthheeoorreettiiccaall ddeevveellooppmmeennttss aarree tthhoorroouugghh aanndd iittss
pprraaccttiiccaall iinnffoorrmmaattiioonn pplleennttiiffuull.. AAss aa rreeffeerreennccee wwoorrkk iitt iiss uunneeqquuaalllleedd!!
WWiilllliiaamm LL.. WWoollffee
WWeelllleesslleeyy HHiillllss,, MMaassssaacchhuusseettttss
PPRREEFFAACCEE
DDuurriinngg tthhee ppaasstt ttwwoo ddeeccaaddeess iinnffrraarreedd eeqquuiippmmeenntt hhaass ccoommee iinnttoo wwiiddee
uussee iinn mmaannyy bbrraanncchheess ooff sscciieennccee aanndd tteecchhnnoollooggyy.. WWiitthh tthhee ddeevveellooppmmeenntt aanndd
pprroodduuccttiioonn ooff nneeww ssoouurrcceess aanndd ddeetteeccttoorrss ffoorr iinnffrraarreedd rraaddiiaattiioonn,, aa ggrreeaatt vvaa
rriieettyy ooff eennggiinneeeerriinngg aapppplliiccaattiioonnss aarree nnooww pprraaccttiiccaabbllee.. IInn vviieeww ooff tthhiiss ssiittuuaa
ttiioonn,, aa tthhoorroouugghh ddeessccrriippttiioonn ooff ccoommppuuttiinngg mmeetthhooddss,, ttaabbuullaattiioonn ooff tthhee bbaassiicc
ffoorrmmuullaass,, aanndd aa uunniiffiiccaattiioonn ooff rreeffeerreennccee mmaatteerriiaallss oonn rraaddiiaattiioonn sshhoouulldd pprroovvee
hheellppffuull ttoo ssppeecciiaalliissttss iinn ddeessiiggnniinngg vvaarriioouuss ttyyppeess ooff iinnffrraarreedd iinnssttrruummeennttss,, aanndd
iinn ccoonndduuccttiinngg rreesseeaarrcchh iinn iinnffrraarreedd tteecchhnnoollooggyy,, hheeaatt eennggiinneeeerriinngg,, tthheerrmmaall..
pphhyyssiiccss,, iilllluummiinnaattiioonn eennggiinneeeerriinngg,, aanndd ooppttiiccss..
NNoo mmoonnooggrraapphh yyeett ppuubblliisshheedd oonn iinnffrraarreedd tteecchhnnoollooggyy pprreetteennddss ttoo ooffffeerr
aa ccoommpplleettee ssuurrvveeyy.. TThhee aauutthhoorr ooff tthhiiss bbooookk hhaass aatttteemmpptteedd ttoo ffiillll aa ggaapp iinn
tthhee lliitteerraattuurree oonn pprroocceedduurreess ffoorr ccoommppuuttiinngg tthhee pprrooppeerrttiieess ooff iinnffrraarreedd rraaddiiaa
ttiioonn oovveerr tthhee wwiiddee tteemmppeerraattuurree rraannggee ffrroomm 110000 ttoo 66000000ooKK..
TThhee bbooookk ttrreeaattss rraaddiiaattiioonn llaawwss,, eexxppeerriimmeennttaall ffiinnddiinnggss ffoorr tthhee rraaddiiaa
ttiioonn ooff aaccttuuaall mmaatteerriiaallss,, aanndd ccoommppuuttiinngg mmeetthhooddss.. CCeerrttaaiinnllyy iinnffrraarreedd rraaddiiaa
ttiioonn iiss nnoott tthhee oonnllyy ppaarrtt ooff tthhee ffiieelldd tthhaatt hhaass rreecceeiivveedd lliittttllee aatttteennttiioonn iinn tthhee
lliitteerraattuurree.. BBuutt ttoo ccoovveerr eevveerryy bbrraanncchh ooff iinnffrraarreedd tteecchhnnoollooggyy wwiitthh aallll ppooss
ssiibbllee tthhoorroouugghhnneessss wwoouulldd ggrreeaattllyy hhaavvee eennllaarrggeedd tthhee bbooookk aanndd ccoouulldd hhaarrddllyy
hhaavvee ffaalllleenn wwiitthhiinn tthhee ccoommppeetteennccee ooff aa ssiinnggllee aauutthhoorr.. TThheerree ccaann bbee lliittttllee
ddoouubbtt,, hhoowweevveerr,, tthhaatt rraaddiiaattiioonn rreepprreesseennttss tthhee mmoosstt iimmppoorrttaanntt ttooppiicc ffoorr aa ddee
ttaaiilleedd iinniittiiaall ttrreeaattmmeenntt..
TThhee mmaatteerriiaall pprreesseenntteedd hheerree hhaass bbeeeenn ggaatthheerreedd ffrroomm aa nnuummbbeerr ooff oorriigg
iinnaall ppuubblliiccaattiioonnss aanndd ccoonnssiiddeerreedd ffrroomm aa uunniiffiieedd ppooiinntt ooff vviieeww..
TThhee bbooookk pprreessuuppppoosseess tthhaatt tthhee rreeaaddeerr hhaass aa ggeenneerraall ffaammiilliiaarriittyy wwiitthh
pphhyyssiiccss aanndd mmaatthheemmaattiiccss aass ccoovveerreedd iinn uunniivveerrssiittyy ccoouurrsseess.. IItt mmaayy bbee ooff
vvaalluuee ttoo sscciieennttiissttss aanndd eennggiinneeeerrss eennggaaggeedd iinn rreesseeaarrcchh,, ddeessiiggnn,, aanndd ddeevveelloopp
mmeenntt ooff vvaarriioouuss ttyyppeess ooff iinnffrraarreedd eeqquuiippmmeenntt aanndd ssyysstteemmss iinn hheeaatt eennggiinneeeerr
iinngg,, iilllluummiinnaattiioonn eennggiinneeeerriinngg,, aanndd ooppttiiccss,, aass wweellll aass ttoo ssttuuddeennttss aanndd iinnssttrruucc
ttoorrss iinn uunniivveerrssiittiieess wwhhoo aarree ssppeeCCiiaalliizziinngg iinn tthheessee aarreeaass..
vviiii
vviiiiii PPRREEFFAACCEE
AA ccoolllleeccttiioonn ooff ""RReeffeerreennccee TTaabblleess ffoorr tthhee IInnffrraarreedd RRaaddiiaattiioonn ffrroomm
HHeeaatteedd BBooddiieess,,"" oorriiggiinnaallllyy ppuubblliisshheedd aass aa ccoommppaanniioonn vvoolluummee,, ccoommpprriisseess tthhee
sseeccoonndd ppoorrttiioonn ooff tthhee bbooookk aanndd iinncclluuddeess ttaabbuullaattiioonnss ooff tthhee PPllaanncckk ffuunnccttiioonn,,
ffoorrmmuullaass ddeerriivveedd ffrroomm iitt,, aanndd tthhee ccoorrrreessppoonnddiinngg iinntteeggrraallss.. TThhee ddaattaa hhaavvee
bbeeeenn oobbttaaiinneedd wwiitthh tthhee UUrraall eelleeccttrroonniicc ccoommppuutteerr,, wwhhiicchh hhaass eennssuurreedd hhiigghh aacc
ccuurraaccyy aanndd ffuurrnniisshheedd ttaabblleess tthhaatt aarree uunniiqquuee iinn ssccooppee..
TThhee aauutthhoorr hhooppeess tthhaatt bbootthh ppoorrttiioonnss ooff tthhee bbooookk wwiillll pprroommoottee tthhee ddiiss
sseemmiinnaattiioonn ooff iinnffoorrmmaattiioonn iinn tthhee ffiieelldd ooff iinnffrraarreedd tteecchhnnoollooggyy aanndd tthhee ttrraaiinn
iinngg ooff ppeerrssoonnnneell..
WWhhiillee tthhee bbooookk wwaass iinn pprreeppaarraattiioonn EE.. FF.. DDeemmiiddoovv,, GG.. II.. KKuulleesshhoovvaa,, aanndd
SShh.. AA.. BBeezzvveerrkkhhnniiii ccoonnttrriibbuutteedd vvaalluuaabbllee ssuuggggeessttiioonnss aanndd ccoommmmeennttss,, aanndd tthhee
aauutthhoorr wwoouulldd lliikkee ttoo eexxpprreessss hhiiss ssiinncceerree aapppprreecciiaattiioonn ttoo tthheemm.. TThhee aauutthhoorr
ffiinnddss iitt aa pplleeaassaanntt oobblliiggaattiioonn ttoo eexxtteenndd tthhaannkkss ttoo PPrrooffeessssoorr BB.. 11.. LLoosseevv ffoorr
eeddiittiinngg tthhee bbooookk aanndd aassssiissttiinngg wwiitthh tthhee ppuubblliiccaattiioonn..
MM.. AA.. BBrraammssoonn
CCOONNTTEENNTTSS
BBooookk II
IInnttrroodduuccttiioonn.. 11
CCHHAAPPTTEERR II.. BBaassiicc CCoonncceeppttss aanndd DDeeffiinniittiioonnss ooff
IInnffrraarreedd RRaaddiiaattiioonn TThheeoorryy...................................... 55
§§11.. LLooccaattiioonn ooff tthhee IInnffrraarreedd RReeggiioonn iinn tthhee EElleeccttrroommaaggnneettiicc
SSppeeccttrruumm .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 55 ..
§§22.. TTeerrmmiinnoollooggyy aanndd NNoottaattiioonn ooff TThheerrmmaall RRaaddiiaattiioonn TThheeoorryy 1122
§§33.. TTeemmppeerraattuurree SSccaalleess .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... 3300
CCHHAAPPTTEERR IIII.. BBllaacc kkbb ooddyy RR aadd iiaa tt iioonn LLaaww ss .. .. .. .. .... 4411
§§11.. EElleemmeennttss ooff RRaaddiiaattiioonn TThheeoorryy ............ .. 4411
§§22.. SSppeeccttrraall PPrrooppeerrttiieess iiTT'' VVaarriioouuss SSccaalleess .... 5555
CCHHAAPPTTEERR IIIIII.. AApppplliiccaattiioonn ooff tthhee PPllaanncckk FFoorrmmuullaa.. 7733
§§11.. SSuurrffaaccee RReepprreesseennttaattiioonn.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .... 7733
§§22.. PPrraaccttiiccaall CCaallccuullaattiioonnss .................................................. 7788
§§33.. RRaaddiiaannccee CCoonnttrraassttss ooff SSmmaallll TTeemmppeerraattuurree IInnhhoommooggeenneeiittiieess.... 9933
CCHHAAPPTTEERR IIVV.. NNoonnbbllaacckkbbooddyy RRaaddiiaattiioonn .................. .. ·· ..110055
§§11.. KKiirrcchhhhooffff''ss LLaaww,, aanndd SSeelleeccttiivvee aanndd GGrraayy RRaaddiiaattiioonn .... ·· .. 110055
§§22.. LLaammbbeerrtt''ss LLaaww aanndd AApppplliiccaattiioonnss .......................... .. ·· ..111111
§§33.. EEmmiissssiivviittyy ooff DDiieelleeccttrriiccss aanndd MMeettaallss.. .. ...... 111177
§§44.. IInntteerrpprreettaattiioonn ooff EExxppeerriimmeennttaall DDaattaa .................................... 113333
CCHHAAPPTTEERR VV.. OOppttiiccaall MMeetthhooddss ooff TTeemmppeerraattuurree
DDeetteerrmmiinnaattiioonn ............ .. ·· ...... 114499
§§ll.. GGeenneerraall PPrriinncciipplleess ........................ .. ·· ...... 114499
§§22.. RRaaddiiaattiioonn TTeemmppeerraattuurree.. ·· ...... 115511
§§33.. BBrriigghhttnneessss TTeemmppeerraattuurree ................ .. ·· ...... 115555
§§44.. CCoolloorr TTeemmppeerraattuurree ........................ .. ·· ...... 116644
§§55.. TTeemmppeerraattuurree ooff FFllaammeess aanndd HHeeaatteedd GGaasseess ·· ...... 117722
iixx
