烟幕对红外光的消光性能优化方案

烟幕对红外消光不像对可见光那样能直观地为人眼可见，烟幕的红外消光原理如图9.5所示。

图9.5　烟幕的红外消光原理

1—目标；2—反射；3—吸收；4—散射；5—烟幕自身的辐射；6—透射；7—探测器(www.xing528.com)

烟幕是由许多固体的和液体的微粒悬浮于大气中所形成的气溶胶体系。当目标发出的红外辐射入射到烟幕中时，烟幕微粒对其产生吸收和散射，红外能量就遭到衰减。理论研究和试验结果均表明，烟幕对红外的消光作用是烟幕微粒对红外的吸收和散射的共同作用结果。

按照经典振子理论，热辐射是由组成物质的原子和分子的热运动产生的一种电磁辐射。每个原子和分子都可以看作是在其平衡位置附近做振动的振子。当振子发生共振时，即当入射辐射的频率等于振子的固有频率时，就要吸收入射辐射能量，从而增加了振子的振动能量，这就是烟幕的红外消光的吸收作用。烟幕所吸收的红外能量转化成了热能或其他形式的能量，结果使烟幕介质本身的红外辐射强度提高了。

烟幕对红外辐射的吸收由两部分构成：一是气溶胶凝聚核（如SiO2、C粒、尘埃和金属盐类等）的吸收；二是水蒸气在核上聚集而形成的液态水滴的吸收。另外，当红外辐射入射到烟幕中时，烟幕中带电质点、电子或离子随着红外辐射电矢量的振动而谐振起来，这种受迫的谐振产生了次生波，成为二次波源向各个方向辐射出电磁波，从而使红外入射辐射在原传播方向上的能量减少了，而在其他方向上的能量分布又不相同，这就是烟幕对红外散射的消光过程。

烟幕对红外的消光特性取决于烟幕红外活性物质的多寡。相应遮蔽波段内具有尽可能多的波段匹配的红外活性烟幕物质，有利于红外消光。判断烟幕物质是否具有红外活性的依据是该物质分子内有无固有偶极矩或偶极矩有无变化。对于双原子分子，凡是具有固有偶极矩的异核双原子分子，均表现为红外活性。对于多原子分子，情况较为复杂，分子具有固有偶极矩是产生纯转动光谱的必要条件。但是否表现为红外活性振动，则取决于状态改变时有无偶极矩的变化。完全无对称性的多原子分子，其所有的振动都表现为红外活性。对于某些具有对称性的多原子分子，振动无偶极矩变化，则不具有红外活性。一般来说，分子的纯转动光谱处于25～1 000μm的远红外或微波区。金属有机化合物的金属键振动、许多无机物的键振动和晶格振动都可以产生远红外光谱。分子的基频振动-转动光谱处于2.5～25μm的红外区，振动的泛频带、组合频带可出现在0.75～2.5μm的近红外区。此外，不同分子结构的活性波段不一：含O—H键的醇和羧酸等分别在2.9～3.3μm和3.3～3.6μm；含C—O键的酮在8.3～10.0μm；含P—O—C键的磷酸酯在9.5～10.5μm；含Si—O—Si键的硅氧烷、硅酸盐在8.7～10.0μm；含C—Cl键的氯化烃等在12.5～16μm。对于表层含自由电子的良导体材料，如Al粉、Cu粉和石墨粉等，由于受红外辐射的激发而引起自由电子的运动，表现出对3～5μm和8～14μm区的红外活性。