热辐射传输是以电磁波的形式进行能量传递,同时也是一种热光学信号传递方式。一些参与热辐射能量传递、热光学信号传输的半透明材料的热光学特性在许多科学研究和工程技术中是不容忽视的。由于半透明材料内热辐射传输具有容积性和方向性的特点,所以往往需要做大量的实验测量和定量分析来揭示材料内部的热辐射行为。研究半透明材料的介质热辐射特性,实质上是热辐射反问题研究。该类热辐射反问题研究涉及半透明试件的表观热辐射特性测量、实验的模拟计算、以及介质热辐射参数的反演辨识。研究过程是一个融合实验测量和数值模拟的热辐射领域非常重要的基础性研究课题。研究结果可以广泛的支撑涉及能量容积式分布、热光学信号传输的技术应用和科学研究领域。针对典型的半透明材料,熔融SiO₂,Al₂O₃单晶和Al₂O₃多晶泡沫陶瓷,本文进行了表观特性的测量方法、高温热辐射测量装置、透射和反射特性的测量及不确定度分析,以及介质热辐射物性的反演辨识等方面的研究。利用半透明介质的表观辐射特性具有容积性和方向性的特点,针对窗口类纯吸收性材料,提出了多厚度测量法和叠层界面测量方法,解决了同时在高透光谱区和半透明光谱区获取各种不同高温透射、反射特性的问题。针对高孔隙开孔泡沫材料,提出了多厚度测量法和多维几何效应测量法,实现了在强散射光谱区获取各种具有较高信噪比的高温透射、反射特性的目的。讨论了多厚度测量法和叠层界面法的适用范围,以及圆柱型、圆球型、圆锥型试件对方向-方向透射和反射特性的三维几何效应。研制了高温红外连续光谱方向-方向透射和反射特性实验系统,测量温度范围300-1800K,光谱范围0.85-25?m。设计了预真空-氩气高温加热装置,可以形成最大温差小于10K的均温区。采用均温区对试件进行加热,克服了试件温度梯度对测量结果的影响。开发了可热态旋转的试件支架,该支架由步进电机和计算机控制,旋转范围±180o,旋转精度0.01o。试件旋转,配合加热室侧壁上固定位置的测量孔,可以实现高温方向-方向透射和反射特性的测量。基于傅立叶光学原理,以及对高温杂光的产生和传输的分析,推导了高温方向-方向透射和反射特性的测量模型,可以有效地减小“杂光噪声”和“零漂噪声”对FTIR光谱仪输出的光谱图的污染。采用绝对标定法,利用Thorlabs提供的标准ZnSe试件对测量模型中的仪器函数进行了标定,并分析了仪器函数的光谱分布特点。测量了熔融SiO₂、Al₂O₃单晶窗口材料和Al₂O₃多晶泡沫陶瓷材料,并进行了不确定度分析,结果表明测量不确定度小于0.005。分析了典型试件的各种高温方向-方向透射和反射特性测量数据,其中,SiO₂窗口材料的光谱测试范围为0.85-5.0?m,温度测试范围300-1800K;Al₂O₃单晶窗口的光谱测试范围0.85-7.0?m,温度测试范围300-1800K;Al₂O₃多晶泡沫材料的光谱测试范围0.85-3.0?m,温度测试范围300-1200K。开发了改进的遗传算法反演辨识程序,加入了指数编码、小生境遗传、最优保存策略等高级遗传技术。反演获得了测试材料的折射率、吸收指数、衰减系数、散射反照率等高温光谱介质热辐射物性参数。发现了SiO₂窗口材料在1.4?m、2.2?m和2.75?m附近的吸收带随温度升高的非单调变化规律。发现了Al₂O₃单晶窗口的高透射截止波长随温度升高向短波方向移动的规律。发现了Al₂O₃多孔泡沫材料在0.85-3.0?m的散射反照率接近于1的强散射特点。