Инфракрасный

Для других видов использования см. Infrared (неоднозначности) .

Ложное изображение двух человек , взятых в длинноволновое инфракрасное (тепловое тепловое)

Это изображение псевдоолорного инфракрасного космического телескопа имеет синий, зеленый и красный, соответствующий длине волн 3,4, 4,6 и 12 мкм соответственно.

Инфракрасный ( IR ; иногда называемый инфракрасным светом ) представляет собой электромагнитное излучение (EMR) с длин волн длиннее, чем у видимого света , но короче микроволн . Инфракрасная спектральная полоса начинается с волн, которые более длиннее, чем у красного света (самые длинные волны в видимом спектре ), поэтому IR невидим для человеческого глаза. Обычно понятно, что IR включает длины волн примерно от 750 нм (400 ТГц ) до 1 мм (300 ГГц ). IR обычно делится между более длительным тепловым IR, излучаемым из наземных источников, и IR или ближней IR с более короткой длиной волны, часть солнечного спектра . Более длинные длина волн ИК (30–100 мкм) иногда включаются в рамку терагерц -радиационной полосы. Почти все излучение черного тела из объектов вблизи комнатной температуры находятся в IR-полосе. В качестве формы электромагнитного излучения IR несет энергию и импульс , оказывает давление радиации и обладает свойствами, соответствующими как у волны , так и частицы , фотона .

Давно известно, что пожары испускают невидимое тепло ; В 1681 году новаторский экспериментатор Эдм Мариотт показал, что стекло, хотя и прозрачное для солнечного света, затруднено сияющее тепло. В 1800 году астроном сэр Уильям Гершель обнаружил, что инфракрасное излучение является типом невидимого излучения в спектре ниже энергии, чем красный свет, посредством его влияния на термометр . Чуть более половины энергии от Солнца в конечном итоге было обнаружено, через исследования Гершеля, чтобы прибыть на Землю в форме инфракрасного. Баланс между поглощенным и испускаемым инфракрасным излучением оказывает важное влияние на климат Земли .

Инфракрасное излучение испускается или поглощается молекулами при изменении вращательных вибрационных движений. Он возбуждает вибрационные моды в молекуле путем изменения дипольного момента , что делает его полезным частотным диапазоном для изучения этих энергетических состояний для молекул правильной симметрии. Инфракрасная спектроскопия исследует поглощение и передачу фотонов в инфракрасном диапазоне.

Инфракрасное излучение используется в промышленных, научных, военных, коммерческих и медицинских приложениях. Устройства ночного видения, использующие активное освещение вблизи инфракрасных инфракрасных лиц, позволяют наблюдать людей или животных без обнаружения наблюдателя. Инфракрасная астрономия оснащенные датчиками, использует телескопы, для проникновения в пыльные области пространства, такие как молекулярные облака , для обнаружения таких объектов, как планеты , и для просмотра очень измененных объектов с первых дней вселенной . Инфракрасные теплообразные камеры используются для обнаружения тепла в изолированных системах, для наблюдения за изменением кровотока в коже, для помощи пожарной охране и для обнаружения перегрева электрических компонентов. Военные и гражданские заявления включают в себя приобретение цели , наблюдение , ночное видение , домашнее здание и отслеживание. Люди при нормальной температуре тела излучают главным образом на длине волны около 10 мкм. Несполенное использование включает в себя тепловой эффективности анализ , мониторинг окружающей среды, проверку промышленных объектов, обнаружение роста с краткосрочной перспективой , дистанционное определение температуры, беспроводную связь , спектроскопия и прогнозирование погоды .

Определение и связь с электромагнитным спектром

Не существует общепринятого определения диапазона инфракрасного излучения. Как правило, его можно простираться от номинального красного края видимого спектра при 700 нм до 1 мм. Этот диапазон длин волн соответствует частотному диапазону приблизительно 430 ТГц до 300 ГГц. За пределами инфракрасного отделения находится микроволновая часть электромагнитного спектра . Все чаще терагерцевое излучение считается частью микроволновой полосы, а не инфракрасной, перемещающей край инфракрасного края до 0,1 мм (3 ТГц).

Положение в электромагнитном спектре

Имя	Длина волны	Частота (Гц)	Фотон энергия (EV)
Гамма Рэй	Менее 10 вечера	более 30 EHZ	Более 124 кэВ
Рентген	22:00 - 10 нм	30 PHZ - 30 EHZ	124 кеВ - 124 эВ
Ультрафиолетовый	10 нм - 400 нм	750 THZ - 30 PHZ	124 Дом - 3,3 Дом
Видимый	400 нм - 700 нм	430 ТГц - 750 ТГц	3.3 Дом - 1,7 Дом
Инфракрасный	700 нм - 1 мм	300 ГГц - 430 ТГц	1.7 Это - 1,24 МэВ
Микроволновая печь	1 мм - 1 метр	300 МГц - 300 ГГц	1,24 МэВ - 1,24 мкв.
Радио	1 метр и больше	300 МГц и ниже	1,24 мкВ и ниже

Природа

Солнечный свет при эффективной температуре 5,780 К (5510 ° C, 9,940 ° F) состоит из излучения почти телмального спектра, которое немного более чем на половину инфракрасного. В Zenith солнечный свет обеспечивает излучение чуть более 1 кВт на квадратный метр на уровне моря. Из этой энергии 527 Вт представляет собой инфракрасное излучение, 445 Вт является видимым светом, а 32 Вт - ультрафиолетовое излучение. Почти все инфракрасное излучение при солнечном свете находится вблизи инфракрасного, короче 4 мкм.

На поверхности земли, при гораздо более низких температурах, чем поверхность солнца, некоторое тепловое излучение состоит из инфракрасного в средней инфракрасной области, намного дольше, чем при солнечном свете. Черное тело или термическое излучение непрерывное: оно излучается на всех длинах волн. Из этих естественных процессов теплового излучения только молния и естественные пожары достаточно горячие, чтобы производить значительную видимую энергию, а пожары производят гораздо более инфракрасные, чем энергия видимого света.

Регионы

В целом, объекты излучают инфракрасное излучение через спектр длин волн, но иногда представляет только ограниченную область спектра, потому что датчики обычно собирают излучение только в определенной полосе пропускания. Тепловое инфракрасное излучение также имеет максимальную длину волны излучения, которая обратно пропорциональна абсолютной температуре объекта, в соответствии с законом Вина о смещении . Инфракрасная полоса часто подразделяется на меньшие участки, хотя то, как ИК -спектр, таким образом, разделен, различается между различными областями, в которых используется ИК.

Видимый предел

Обычно считается, что инфракрасное излучение начинается с длины волн дольше, чем видно человеческим глазом. Не существует ограничения длины жесткой волны до того, что видно, так как чувствительность глаза быстро, но плавно уменьшается, для длиной волн превышает около 700 нм. Поэтому длина волн только дольше, чем это видно, если они достаточно яркие, хотя они все еще могут быть классифицированы как инфракрасные в соответствии с обычными определениями. Свет из почти IR-лазера может показаться тусклом красным и может представлять опасность, поскольку на самом деле это может быть довольно ярким. Даже ИК на длинах волн до 1050 нм от пульсированных лазеров можно увидеть людьми при определенных условиях.

Обычно используемая схема подразделения

Обычно используемая схема подразделения:

Название дивизии	Аббревиатура	Длина волны	Частота	Фотонная энергия	Температура	Характеристики
Почти инфракрас	NIR, IR-A DIN	0,75–1,4 мкм	214–400 ТГц	886–1,653 МэВ	3864–2,070 К. (3591–1,797 ° C )	Поднимается до длины волны первой полосы поглощения воды и обычно используется в оптоволоконной телекоммуникации из -за низких потерь ослабления в стеклянной среде SIO 2 ( диоксид кремния ). Интенсификации изображения чувствительны к этой области спектра; Примеры включают устройства ночного видения, такие как очки Night Vision. Спектроскопия ближней инфракрасной инфракрасной линии является еще одним распространенным применением.
Коротковолновая инфракрасная	SWIR, IR-B DIN	1,4–3 мкм	100–214 ТГц	413–886 МэВ	2 070–966 к (1797–693 ° C )	Водопоглощение значительно увеличивается на уровне 1450 нм. Диапазон от 1530 до 1560 нм является доминирующей спектральной областью для телекоммуникаций на дальние расстояния (см. Windows Transmission ).
Средняя длина инфракрасного	MWIR, IR-C DIN ; Это. Также называется промежуточным инфракрасным (IIR)	3–8 мкм	37–100 ТГц	155–413 МэВ	966–362 К. (693–89 ° C )	В управляемой ракетной технологии 3-5 мкм части этой полосы представляет собой атмосферное окно, в котором искатели пассивных ищутных ракет «Ищу тепла» предназначены для работы, доходясь до инфракрасной подписи целевого самолета, как правило, выхлоп реактивного двигателя шлейф. Эта область также известна как тепловая инфракрасная.
Длинно-волновая инфракрасная	Lwir, ir-c, ваш	8–15 мкм	20–37 ТГц	83–155 МэВ	362–193 к (89 - -80 ° C )	Область «теплопроводности», в которой датчики могут получить полностью пассивное изображение объектов лишь немного выше по температуре, чем в комнатной температуре, например, человеческое тело, основанное только на тепловых выбросах и не требующих освещения, такого как солнце или луна или луна или луна или луна или луна инфракрасный иллюминатор. Эта область также называется «тепловой инфракрасной».
Далекий инфракрас	Для	15–1000 мкм	0,3–20 ТГц	1,2–83 МэВ	193–3 к (−80,15 - -270,15 ° C )	(См. Также дальний инфракрасный лазер и далеко инфракрас )

Сравнение теплового изображения (вверху) и обычной фотографии (внизу). Пластиковый пакет в основном прозрачен к длинноволновой инфракрасной инфракрасной области, но очки человека непрозрачны.

NIR и SWIR вместе иногда называют «отраженным инфракрасным», тогда как MWIR и LWIR иногда называют «тепловым инфракрасным».

Схема дивизии CIE

Международная комиссия по освещению (CIE) рекомендовала разделение инфракрасной радиации на следующие три полосы:

Аббревиатура	Длина волны	Частота
СОБИРАЮСЬ	780–1400 нм	215–384 ТГц
И B.	1400–3000 нм	100–215 ТГц
IR-C.	3–1000 мкм	0,3–100 ТГц

ISO 20473 Схема

ISO 20473 Указывает следующую схему:

Обозначение	Аббревиатура	Длина волны
Почти инфракрас	Нир	0,78–3 мкм
Середина инфракрас	МНЕ	3–50 мкм
Далекий инфракрас	Для	50–1000 мкм

Схема астрономии

Астрономы обычно делят инфракрасный спектр следующим образом:

Обозначение	Аббревиатура	Длина волны
Почти инфракрас	Нир	0,7–2,5 мкм
Середина инфракрас	МНЕ	3–25 мкм
Далекий инфракрас	Для	Выше 25 мкм

Эти подразделения не являются точными и могут варьироваться в зависимости от публикации. Три области используются для наблюдения за различными диапазонами температуры, и, следовательно, разные среды в космосе.

Наиболее распространенная фотометрическая система, используемая в астрономии, выделяет заглавные буквы по разным спектральным регионам в соответствии с используемыми фильтрами; Я, J, H и K покрывают ближние инфракрасные длина волн; L, m, n и q относятся к региону средней инфракрасной связи. Эти буквы обычно понимаются в отношении атмосферных окон и появляются, например, в названиях многих бумаг .

Схема деления реакции датчика

График атмосферной коэффициенты в части инфракрасной области

Третья схема разделяет полосу на основе реакции различных детекторов:

• Вблизи инфракрасных: от 0,7 до 1,0 мкм (от приблизительного конца реакции человеческого глаза на кремний).
• Инфракрасный инфракрас: от 1,0 до 3 мкм (от отсечения кремния до скидки атмосферного окна MWIR). Ingaas охватывает около 1,8 мкм; Менее чувствительные соли свинца покрывают этот регион. Криогенно охлажденные детекторы MCT могут покрывать область 1,0–2,5   мкм.
• Инфракрасная среда средней волны: от 3 до 5 мкМ (определяется атмосферным окном и покрывается антимонидом индейского , INSB и кадмия-кадмия , HGCDTE и частично свинцовым селенидом , PBSE).
• Длинно-волновая инфракрасная: от 8 до 12 или от 7 до 14 мкм (это атмосферное окно, покрытое HGCDTE и микроболометрами ).
• Очень длинная волновая инфракрасная (VLWIR) (от 12 до 30 мкм, покрытый легированным кремнием).

Ближняя инфракрасная область является наиболее близкой по длине волны к излучению, обнаруживаемой человеческим глазом. Средняя и далеко-инфракрасные постепенно дальше от видимого спектра. Другие определения следуют за различными физическими механизмами (пики выбросов, по сравнению с полосами, водопоглощение) и новейшие технические причины (общие детекторы кремния чувствительны к около 1050 нм, в то время как 2600 чувствительность Ingaas начинается около 950 нм и заканчивается между 1 700 и NM, в зависимости от конкретной конфигурации). В настоящее время нет международных стандартов для этих спецификаций.

Начало инфракрасного отделения определяется (в соответствии с различными стандартами) при различных значениях, как правило, между 700 нм до 800 нм, но граница между видимым и инфракрасным светом не определена точно. Человеческий глаз заметно менее чувствителен к свету выше 700 нм длины волны, поэтому длинные длины волн вносят незначительный вклад в сцены, освещенные общими источниками света. Особенно интенсивный световой свет (например, от лазеров , светодиодов или яркого дневного света с видимым светом, отфильтрованным) может быть обнаружено примерно до 780 нм и будет восприниматься как красный свет. Интенсивные источники света, обеспечивающие длины волн до 1050 нм, можно рассматривать как тусклый красной сияние, вызывая некоторую затруднению при освещении сцен в темноте (обычно эта практическая проблема решается путем косвенного освещения). Листья особенно яркие в ближнем ИК, и если все видимые утечки света из ИК-фильтра блокируются, и глазу дают момент, чтобы приспособиться к чрезвычайно смутному изображению, проходящему через визуально непрозрачный фотографический фильтр, он опускает. возможно увидеть Древесный эффект , который состоит из листвы.

Телекоммуникационные группы

При оптической связи часть используемого инфракрасного спектра делится на семь полос в зависимости от доступности источников света, передачи/поглощающих материалов (волокна) и детекторов:

Группа	Дескриптор	Диапазон длины волны
Группа	Оригинал	1260–1,360 нм
Это группа	Расширенный	1360–1,460 нм
S Band	Короткая длина волны	1460–1,530 нм
C Band	Общепринятый	1530–1,565 нм
L Band	Длинная длина волны	1565–1,625 нм
U Band	Ультралонг длины волны	1625–1,675 нм

C-диапазон является доминирующей группой для телекоммуникационных сетей на дальние расстояния . Полосы S и L основаны на менее хорошо известной технологии и не так широко развернуты.

Нагревать

Основная статья: термическое излучение

Материалы с более высокой излучательной способностью выглядят ближе к их истинной температуре, чем материалы, которые отражают больше их различных температурных окружений. На этом тепловом изображении более отражающее керамическое цилиндр, отражающее более холодное окружение, кажется холоднее, чем его кубический контейнер (изготовленный из более излучающего кремниевого карбида), в то время как на самом деле они имеют одинаковую температуру.

Инфракрасное излучение широко известно как «тепловое излучение», Но легкие и электромагнитные волны любой частоты будут нагревать поверхности, которые их поглощают. Инфракрасный свет от солнца составляет 49% из нагрева земли, остальные были вызваны видимым светом, который поглощается, а затем повторно воспроизводится на более длинных длинах волны. Видимый свет или ультрафиолетовые лазеры могут поддерживать бумагу и накапливаемые горячие предметы излучать видимое излучение. Объекты при комнатной температуре будут излучать излучение, сконцентрированное в основном в полосе от 8 до 25 мкм, но это не отличается от излучения видимого света объектами накаливания и ультрафиолетом еще более горячими объектами (см. Черное тело и закон о смещении Вена ).

Тепло - это энергия в транзите, которая течет из -за разницы температуры. В отличие от тепла, передаваемого теплопроводом или тепловой конвекцией , термическое излучение может распространяться через вакуум . Тепловое излучение характеризуется конкретным спектром многих длин волн, которые связаны с излучением из объекта, из -за вибрации его молекул при заданной температуре. Тепловое излучение может быть излучено из объектов на любой длине волны, и при очень высоких температурах такое излучение связано со спектрами намного выше инфракрасного, простирающегося в видимые, ультрафиолетовые и даже рентгеновские области (например, солнечная корона ). Таким образом, популярная ассоциация инфракрасного излучения с термическим излучением является лишь совпадением, основанным на типичных (сравнительно низких) температурах, часто встречающихся вблизи поверхности планеты Земля.

Концепция излучения важна для понимания инфракрасных выбросов объектов. Это свойство поверхности, которая описывает, как ее тепловые выбросы отклоняются от идеала черного тела . Чтобы дополнительно объяснить, два объекта при той же физической температуре могут не показывать такое же инфракрасное изображение, если они имеют различную излучательную способность. Например, для любого предварительно установленного значения излучательной способности объекты с более высокой излучательной способностью будут выглядеть более горячими, а те, у кого более низкая излучательница, будут выглядеть более прохладными (при условии, что часто бывает, что окружающая среда прохладнее, чем рассматриваемые объекты). Когда объект имеет менее чем идеальную излучательную способность, он получает свойства отражательной способности и/или прозрачности, и поэтому температура окружающей среды частично отражается и/или передается через объект. Если бы объект находился в более горячей среде, то более низкий объект излучательной способности при той же температуре, вероятно, был бы горячее, чем более эмиссический. По этой причине неправильный отбор излучательной способности и не учитывая температуры окружающей среды, даст неточные результаты при использовании инфракрасных камер и пирометров.

Приложения

Ночное видение

Основная статья: Ночное видение

Активно-инфракрасное ночное видение: камера освещает сцену на инфракрасных длин волн, невидимых для человеческого глаза . Несмотря на темную сцену зажигания, Active-Infrare Night Vision предоставляет идентифицирующие детали, как видно на дисплее.

Инфракрасное отделение используется в оборудовании Night Vision, когда не хватает видимого света, чтобы увидеть. Устройства Night Vision работают через процесс, включающий преобразование фотонов окружающего света в электроны, которые затем усиливаются химическим и электрическим процессом, а затем превращаются обратно в видимый свет. Источники инфракрасного света могут использоваться для увеличения доступного окружающего света для конверсии устройствами ночного видения, увеличивая видимость в темноте, не используя видимый источник света.

Использование устройств инфракрасного света и ночного видения не следует путать с тепловой визуализацией , которая создает изображения, основанные на различиях в температуре поверхности, обнаруживая инфракрасное излучение ( тепло ), которое исходит из объектов и их окружающей среды.

Термография

Термография помогла определить температурный профиль системы тепловой защиты космического челнока во время повторного входа.

Основная статья: термография

Инфракрасное излучение может использоваться для удаленного определения температуры объектов (если излучательная способность известна). Это называется термографией, или в случае очень горячих объектов в NIR или видимых, называется пирометрией . Термография (тепловая визуализация) в основном используется в военном и промышленном применении, но технология достигает общественного рынка в виде инфракрасных камер на автомобилях из -за значительных сокращений производственных затрат.

Термографические камеры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 9 000–14000 нм или 9–14 мкм) и создают изображения этого излучения. Поскольку инфракрасное излучение испускается всеми объектами, основанными на их температурах, согласно закону об излучениях тела, термография позволяет «видеть» окружающую среду с видимым освещением или без него. Количество излучения, испускаемого объектом, увеличивается с температурой, поэтому термография позволяет видеть изменения температуры (отсюда и название).

Гиперспектральная визуализация

Основная статья: гиперспектральная визуализация

Гиперспектральное тепловое измерение инфракрасного излучения , наружное сканирование в зимних условиях, температура окружающей среды -15 ° C, изображение, произведенное образцовым гиперспектральным изображением LWIR. Относительные спектры сияния из различных целей на изображении показаны стрелками. Инфракрасные спектры различных объектов, таких как застежка для часов, имеют явно отличительные характеристики. Уровень контраста указывает температуру объекта.

Инфракрасный свет от светодиода пульта дистанционного управления , записанный цифровой камерой

Гиперспектральное изображение - это «изображение», содержащее непрерывный спектр через широкий спектральный диапазон на каждом пикселе. Гиперспектральная визуализация приобретает важное значение в области примененной спектроскопии, особенно с помощью спектральных областей NIR, SWIR, MWIR и LWIR. Типичные применения включают биологические, минералогические, оборонные и промышленные измерения.

Тепловая инфракрасная гиперспектральная визуализация может быть аналогичным образом выполнено с использованием термографической камеры с фундаментальной разницей, что каждый пиксель содержит полный спектр LWIR. Следовательно, химическая идентификация объекта может быть выполнена без необходимости внешнего источника света, такого как солнце или луна. Такие камеры обычно применяются для геологических измерений, наружного наблюдения и применения БПЛА .

Другая визуализация

В инфракрасной фотографии инфракрасные фильтры используются для захвата спектра ближнего инфракрасного положения. Цифровые камеры часто используют инфракрасные блокаторы . Более дешевые цифровые камеры и камеры имеют менее эффективные фильтры и могут рассматривать интенсивные ближний инфракрас, появляясь в виде ярко-фиолетового белого цвета. Это особенно выражено при фотографировании субъектов вблизи ир-ярких областей (например, рядом с лампой), где полученное инфракрасное помех может вымыть изображение. Существует также техника, называемая « T-Ray » визуализацией, которая визуализации с использованием излучения издалека или терагерца . Отсутствие ярких источников может сделать терагерц фотографий более сложной, чем большинство других методов инфракрасной визуализации. Недавно визуализация T-ray представляла значительный интерес из-за ряда новых разработок, таких как Terahertz Time-Domation Spectroscopy .

Отраслевая световую фотографию в различных инфракрасных спектрах, чтобы проиллюстрировать внешний вид, поскольку длина волны света меняется.

Отслеживание

Основная статья: инфракрасное самонаделение

Инфракрасное отслеживание, также известное как инфракрасное домашнее хозяйство, относится к системе пассивной ракеты , которая использует излучение из цели электромагнитного излучения в инфракрасной части спектра для его отслеживания. Ракеты, которые используют поиск инфракрасных изданий, часто называют «ищущими тепла», поскольку инфракрасный (IR) находится чуть ниже видимого спектра света на частоте и сильно излучается горячими телами. Многие объекты, такие как люди, автомобильные двигатели и самолеты, генерируют и сохраняют тепло, и, как таковые, особенно видны в инфракрасных длинах волн света по сравнению с объектами на заднем плане.

Обогрев

Основная статья: инфракрасное отопление

Инфракрасный феном для волос салоны , c. 2010 -е

Инфракрасное излучение может использоваться в качестве преднамеренного источника нагрева. Например, он используется в инфракрасных саунах для нагрева жильцов. Он также может использоваться в других приложениях для отопления, например, для удаления льда с крыльев самолета (Decure). Инфракрасное излучение используется в приготовлении пищи, известной как жаровое или жаровое . Одним из энергетических преимуществ является то, что ИК -энергия нагревает только непрозрачные предметы, такие как пищу, а не воздух вокруг них.

Инфракрасное отопление также становится все более популярным в процессах промышленного производства, например, отверждение покрытий, формирование пластмасс, отжиг, пластиковую сварку и сушку для печати. В этих приложениях инфракрасные обогреватели заменяют конвекционные печи и контактный нагрев.

Охлаждение

Основная статья: пассивное дневное радиационное охлаждение

Различные технологии или предлагаемые технологии используют инфракрасные выбросы для прохладных зданий или других систем. атмосферы Область LWIR (8–15 мкм) особенно полезна, так как некоторое излучение на этих длинах волн может сбежать в космос через инфракрасное окно . Именно так пассивные дневные радиационные охлаждения (PDRC) способны достигать температуры охлаждения подпудки при прямой солнечной интенсивности, усиливая наземный тепловой поток до космоса с нулевым потреблением энергии или загрязнением . Поверхности PDRC максимизируют коротковолновую солнечную отражательную способность , чтобы уменьшить усиление тепла при сохранении сильного длинноволнового инфракрасного (LWIR) теплового излучения теплопередачи . Представляя во всем мире этот метод охлаждения, был предложен как способ замедления и даже обратного глобального потепления , причем некоторые оценки предлагают глобальное покрытие площади поверхности 1-2%, чтобы сбалансировать глобальные тепловые потоки.

Коммуникации

Дополнительная информация: потребитель

ИК-передача данных также используется в краткосрочной связи между компьютерными перифериями и персональным цифровым помощником . Эти устройства обычно соответствуют стандартам, опубликованным IRDA , инфракрасной ассоциацией данных. Дистанционные управления и устройства IRDA используют инфракрасные светодиоды (светодиоды) для излучения инфракрасного излучения, которое может быть сконцентрировано линзой в луч, который пользователь стремится к детектору. Луч модулируется , т.е. включается и выключается, в соответствии с кодом, который приемник интерпретирует. Обычно используется очень близкий IR (ниже 800 нм) по практическим причинам. Эта длина волны эффективно обнаруживается недорогими кремниевыми фотодиодами , которые приемник использует для преобразования обнаруженного излучения в электрический ток . Этот электрический сигнал передается через фильтр с высокой частотой , который сохраняет быстрые пульсации из-за ИК-передатчика, но отфильтровывает медленно изменяющееся инфракрасное излучение от окружающего света. Инфракрасная связь полезна для использования в помещении в областях высокой плотности населения. IR не проникает в стены и не мешает другим устройствам в соседних комнатах. Инфракрасный - наиболее распространенный способ для Удаленное управление для командования приборов. Протоколы инфракрасного дистанционного управления, такие как RC-5 , SIRC , используются для общения с инфракрасным.

Оптическая связь в свободном пространстве с использованием инфракрасных лазеров может быть относительно недорогим способом установления связи связи в городской зоне, работающей с 4 гигабитами/с по сравнению с стоимостью захоронения волоконно -оптического кабеля, за исключением радиационного повреждения. «Поскольку глаз не может обнаружить ИК, мигание или закрытие глаз, чтобы предотвратить или уменьшить повреждение, может не произойти».

Инфракрасные лазеры используются для обеспечения света для оптических волокон систем . Инфракрасный свет с длиной волны около 1330 нм (наименьшая дисперсия ) или 1550 нм (лучшая передача) является лучшим выбором для стандартных волокон кремния .

ИК -передача данных кодируемых аудио версий печатных знаков исследуется в качестве помощи для визуально -нарушенных людей в рамках проекта RIAS (удаленная инфракрасная слышимая вывеска) . Передача данных ИК с одного устройства на другое иногда называют лучами .

Спектроскопия

Инфракрасная вибрационная спектроскопия (см. Также в ближней инфракрасной спектроскопии )-это метод, который можно использовать для идентификации молекул путем анализа их составляющих связей. Каждая химическая связь в молекуле вибрирует на частотной характеристике этой связи. Группа атомов в молекуле (например, CH ₂ ) может иметь множественные способы колебаний, вызванные растягивающими и изгибающими движениями группы в целом. Если колебание приводит к изменению диполя в молекуле, он поглотит фотон , который имеет одинаковую частоту. Парационные частоты большинства молекул соответствуют частотам инфракрасного света. Как правило, метод используется для изучения органических соединений с использованием светового излучения из среднего инфракрасного, 4000–400 см. ⁻¹ Полем Зарегистрирован спектр всех частот поглощения в образце. Это может быть использовано для получения информации о составе выборки с точки зрения присутствующих химических групп, а также его чистоты (например, мокрый образец будет показывать широкое поглощение OH около 3200 см. ⁻¹ ) Устройство для выражения излучения в этом приложении, CM ⁻¹ , это спектроскопический волновой численность . Это частота, деленная на скорость света в вакууме.

Тонкая пленка метрология

В полупроводниковой промышленности инфракрасный свет можно использовать для характеристики таких материалов, как тонкие пленки и периодические траншеи. Измеряя отражательную способность света с поверхности полупроводниковой пластины, индекс преломления (n) и коэффициента вымирания (K) может быть определен с помощью уравнений дисперсии Forouhi -Bloomer . Отражательная способность инфракрасного света также может использоваться для определения критического измерения, глубины и угла боковой стенки высокого соотношения структур.

Метеорология

IR Спутниковая картина кучевных облаков над Великими равнинами Соединенных Штатов.

Погодные спутники, оснащенные радиометрами сканирования, производят тепловые или инфракрасные изображения, которые затем могут позволить обученному аналитику определять высоту и типы облаков, рассчитать температуру земли и поверхностных вод, а также определять признаки поверхности океана. Сканирование обычно находится в диапазоне 10,3–12,5 мкм (каналы IR4 и IR5).

Облака с высокими и холодными верхушками, такими как циклоны или кучевные облака , часто отображаются в виде красных или черных, более низких теплых облаков, таких как стратус или стратокумулус, отображаются как синие или серые, а промежуточные облака затенены соответственно. Горячие земельные поверхности показаны как темно-серые или черные. Одним из недостатков инфракрасных изображений является то, что низкие облака, такие как стратус или туман, могут иметь температуру, аналогичную окружающей земле или поверхности моря и не появляются. Однако, используя разницу в яркости канала IR4 (10,3–11,5 мкм) и ближнего инфракрасного канала (1,58–1,64 мкм), можно выделить низкие облака, создавая изображение спутникового тумана . Основным преимуществом инфракрасного положения является то, что изображения могут быть получены ночью, что позволяет изучать непрерывную последовательность погоды.

Эти инфракрасные картинки могут изображать океанские вихри или вихри и течения карты, такие как Gulf Stream, которые ценны для судоходной промышленности. Рыбаки и фермеры заинтересованы в знании температуры земли и воды, чтобы защитить свои культуры от мороза или увеличить свой улов от моря. Даже явления Эль -Ниньо могут быть обнаружены. Используя цветообразные методы, тепловые изображения с серыми тени могут быть преобразованы в цвет для более легкой идентификации желаемой информации.

Основной канал водяного пара при 6,40 до 7,08 мкм может быть изображен некоторыми погодными спутниками и показывает количество влаги в атмосфере.

Климатология

Периодистовый эффект с молекулами метана, воды и углекислого газа, переосмысляющего солнечного тепла

В области климатологии атмосферное инфракрасное излучение контролируется, чтобы обнаружить тенденции в обмене энергетическим обменом между Землей и атмосферой. Эти тенденции предоставляют информацию о долгосрочных изменениях в климате Земли. Это один из основных параметров, изученных в исследованиях глобального потепления вместе с солнечным излучением .

Пиргеметр . используется в этой области исследований для проведения непрерывных наружных измерений Это широкополосный инфракрасный радиометр с чувствительностью инфракрасного излучения между приблизительно 4,5 мкм и 50 мкм.

Астрономия

Основные статьи: инфракрасная астрономия и астрономия с дальним инфракрасным

Beta Pictoris со своей планетой Beta Pictoris B, светло-голубой точкой вне центра, как видно из инфракрасных. Он объединяет два изображения, внутренний диск составляет 3,6 мкм.

Астрономы наблюдают объекты в инфракрасной части электромагнитного спектра, используя оптические компоненты, включая зеркала, линзы и цифровые детекторы твердого состояния. По этой причине он классифицируется как часть оптической астрономии . Чтобы сформировать изображение, компоненты инфракрасного телескопа должны быть тщательно защищены от источников тепла, а детекторы охлаждаются с использованием жидкого гелия .

Чувствительность инфракрасных телескопов на основе Земли значительно ограничена водяным парами в атмосфере, которая поглощает часть инфракрасного излучения, поступающего из пространства за пределами выбранных атмосферных окон . Это ограничение может быть частично облегчено путем размещения обсерватории телескопа на большой высоте или путем переноса телескопа на воздушном шаре или самолете. Космические телескопы не страдают от этого гандикапа, и поэтому космическое пространство считается идеальным местом для инфракрасной астрономии.

Инфракрасная часть спектра имеет несколько полезных преимуществ для астрономов. Холодные темные молекулярные облака газа и пыли в нашей галактике будут светиться с излучаемым теплом, поскольку они облучаются встроенными звездами. Инфракрас также может быть использован для обнаружения протостаров , прежде чем они начнут излучать видимый свет. Звезды выделяют меньшую часть своей энергии в инфракрасном спектре, поэтому близлежащие прохладные объекты, такие как планеты, могут быть более легко обнаружены. (В спектре видимого света, блики от звезды заглушат отраженный свет с планеты.)

Инфракрасный свет также полезен для наблюдения за ядрами активных галактик , которые часто скрываются газом и пылью. Отдаленные галактики с высоким красным смещением будут иметь пиковую часть их спектра, сдвинутую в направлении более длинных длин волн, поэтому они с большей готовностью наблюдаются в инфракрасном виде.

Уборка

Инфракрасная очистка - это техника, используемая некоторыми сканерами кинофильма , пленочных сканеров и пластированных сканеров, чтобы уменьшить или удалить влияние пыли и царапин на готовое сканирование . Он работает, собирая дополнительный инфракрасный канал с сканирования в том же положении и разрешении, что и три видимых цветовых канала (красный, зеленый и синий). Инфракрасный канал в сочетании с другими каналами используется для обнаружения расположения царапин и пыли. После того, как эти дефекты могут быть скорректированы путем масштабирования или замены при интразинге .

Сохранение искусства и анализ

Инфракрасный рефлекс моны Лизы Леонардо да Винчи

Инфракрасная рефлектография может применяться к картинам, чтобы раскрыть основные слои неразрушающим образом, в частности, недостаток художника или наброски, нарисованные в качестве руководства. Художественные консерваторы используют технику, чтобы изучить, как видимые слои краски отличаются от переделки или слоев между ними (такие изменения называются Pentimenti , когда его создают оригинальный художник). Это очень полезная информация о том, решает ли картина главной версией оригинального художника или копии, и была ли она изменена из-за чрезмерной работы по восстановлению. В целом, чем больше пентименти, тем больше вероятность картины стать главной версией. Это также дает полезную информацию о практике работы. Рефлектография часто раскрывает использование художника углеродного черного , которое хорошо отображается в рефлектограммах, если он также не использовался в земле, лежащей в основе всей картины.

Недавний прогресс в дизайне инфракрасных чувствительных камер позволяет открывать и изображать не только подкованные и пентмити, но и целые картины, которые позже были ошеломлены художником. Примечательными примерами являются , Пикассо женщина, гладившая и синяя комната где в обоих случаях под картиной стал видимым портрет мужчины, как известно сегодня.

Аналогичное использование инфракрасных изделий производится консерваторами и учеными по различным типам предметов, особенно очень старые письменные документы, такие как свитки Мертвого моря , римские работы на вилле папируса и тексты шелковых дорог, найденные в пещерах Дунхуанга . Углеродный черный, используемый в чернилах, может появиться очень хорошо.

Биологические системы

Дополнительная информация: инфракрасное зондирование у змей

Термографическое изображение змеи, съедающей мышью

Яма -гадюка имеет пару инфракрасных сенсорных ям на голове. Существует неопределенность в отношении точной тепловой чувствительности этой биологической инфракрасной системы обнаружения.

Другие организмы, которые имеют терморецептивные органы, представляют собой питоны (семейство Pythonidae ), некоторые боа (Family Boidae ), общая летучая мышь вампира ( Desmodus rotundus ), разнообразные жемчужины ( меланофила Acuminata ), Темные пигментированные бабочки ( Pachliopta aristolochiae и Troides Rhadamantus plateni ) и, возможно, кровеносные жуки ( инфицированные триатомы ). Обнаружая тепло, которую испускает их добыча, кроталин и змеи Boid идентифицируют и захватывают свою добычу, используя их чувствительные к ИК-чувствительные органы ям . По сравнению с ИК-чувствительными ямами на общей летучей мышью ( Desmodus rotundus ) в идентификации богатых крови областей на ее теплокровной жертве. Жукл -жук, меланофила acuminata , находит лесные пожары через инфракрасные органы ямы, где на недавно обгоревших деревьях они откладывают свои яйца. Терморецепторы на крыльях и антеннах бабочек с темной пигментацией, такие пахлиопта -аристолохиа и Troides Rhadamantus Plateni , защищают их от теплового повреждения, когда они солнется на солнце. Кроме того, предполагается, что терморецепторы позволяют кровным жукам ( Infestans ) обнаруживают своих теплокровных жертв, ощущая тепло их тела.

Некоторые грибы, такие как Venturia, неравные, требуют ближнего инфракрасного света для выброса.

Хотя почти инфракрасное зрение (780–1000 нм) долгое время считалось невозможным из-за шума в визуальных пигментах, Ощущение света в ближнем инфракрасном виде сообщалось у общего карпа и у трех видов цихлида. Рыба использует NIR, чтобы захватить добычу и для фототаксической ориентации плавания. Ощущение NIR в рыбе может иметь значение в плохих условиях освещения во время сумерков и в темных поверхностных водах.

Фотобиомодуляция

Свет инфракрасного света, или фотобиомодуляция , используется для лечения индуцированной химиотерапией язвы полости рта, а также заживления ран. Существует некоторая работа, касающаяся лечения вируса против Херпеса. Исследовательские проекты включают работу по эффектам заживления центральной нервной системы посредством активации цитохрома С оксидазы и других возможных механизмов.

Опасность для здоровья

Сильное инфракрасное излучение в определенных настройках с высоким нагреванием в отрасли может быть опасным для глаз, что приводит к повреждению или слепоте для пользователя. Поскольку радиация является невидимым, в таких местах следует носить специальные защитные очки.

Научная история

Открытие инфракрасной радиации приписывается Уильяму Гершелю , астроном , в начале 19 -го века. Гершель опубликовал свои результаты в 1800 году перед Королевским обществом Лондона . Гершель использовал призму для преломления света от солнца и обнаружил инфракрасную, за пределами красной части спектра, посредством повышения температуры, зарегистрированной на термометре . Он был удивлен результатом и назвал их «калорийными лучами». Термин «инфракрасный» не появлялся до конца 19 -го века. Более ранний эксперимент в 1790 году от Marc-Auguste Picet продемонстрировал отражение и фокусировку сияющего тепла с помощью зеркал в отсутствие видимого света.

Другие важные даты включают:

Инфракрасная радиация была обнаружена в 1800 году Уильямом Гершелем.

• 1830: Леопольдо Нобили сделал первый темопильный ИК -детектор.
• 1840: Джон Гершель создает первое тепловое изображение, называемое термограммой .
• 1860: Густав Кирххофф сформулировал теорему черного тела $E=J(T,n)$.
• 1873: Уиллоуби Смит обнаружил фотопроводителю селена .
• 1878: Сэмюэль Пьерпон Лэнгли изобретает первый болометр , устройство, которое способно измерять небольшие колебания температуры, и, следовательно, мощность дальних инфракрасных источников.
• 1879: Закон Стефана -Болтцманн сформулировал эмпирически, что власть, излучаемая черным телом, пропорциональна т ⁴ .
• 1880 -е и 1890 -е годы: лорд Рэйли и Вильгельм Вин решили часть уравнения черного тела, но оба решения расходились в частях электромагнитного спектра. Эта проблема была названа « ультрафиолетовой катастрофой и инфракрасной катастрофой».
• 1892: Виллем Анри Юлий опубликовал инфракрасные спектры из 20 органических соединений, измеренных с помощью болометра в единицах углового смещения.
• 1901: Макс Планк опубликовал уравнение и теорему черного тела . Он решил проблему, определяя допустимые энергетические переходы.
• 1905: Альберт Эйнштейн разработал теорию фотоэлектрического эффекта .
• 1905–1908: Уильям Кобленц опубликовал инфракрасные спектры в единицах длины волны (микрометры) для нескольких химических соединений в исследованиях инфра-красных спектров .
• 1917: Теодор Кейс разработал талл -сульфидный детектор, который помог создать первый инфракрасный поиск и отслеживание устройства, способного обнаружить самолет в диапазоне одной мили (1,6 км).
• 1935: Ведущие соли - Раннее ракетное руководство во Второй мировой войне .
• 1938: Вы предсказали, что пироэлектрический эффект может быть использован для обнаружения инфракрасного излучения.
• 1945: Инфракрасная система оружия Zielgerät 1229 «Вампир» была введена в качестве первого портативного инфракрасного устройства для военных применений.
• 1952: Генрих Уэлкер выращивал синтетические кристаллы INB .
• 1950 -е и 1960 -е годы: номенклатура и радиометрические единицы, определяемые Фредом Никодемоном , Дж. Дж. Зиссис и Р. Кларком ; Роберт Кларк Джонс определил D *.
• 1958: В. Д. Лоусон ( Королевское радиолокационное учреждение в Малверне) обнаружил ИК -свойства обнаружения ртутного кадмия теллурида (HGCDTE).
• 1958: ракеты «Сокол» и «Бокору» были разработаны с использованием инфракрасной технологии.
• 1960 -е годы: Пол Круз и его коллеги в исследовательском центре Honeywell демонстрируют использование HGCDTE в качестве эффективного соединения для обнаружения инфракрасного разбора.
• 1962: Дж. Купер продемонстрировал пироэлектрическое обнаружение.
• 1964: В. Г. Эванс обнаружил инфракрасные терморецепторы в пирофильном жуке.
• 1965: Первый ИК -справочник; Первые коммерческие изображения ( Barnes, Agema (в настоящее время часть Flir Systems Inc.)); Ричарда Хадсона Знакомый текст ; F4 Трамвай Флир Хьюза ; Феноменология, впервые представленная Фредом Симмонсом и А. Т. лестницей ; Сформировалась лаборатория ночного видения армии США (ныне ночное видение и Директорат электронных датчиков (NVESD)), а Rachets разрабатывает там обнаружение, распознавание и идентификационное моделирование.
• 1970: Уиллард Бойл и Джордж Э. Смит предложили CCD в Bell Labs для картинного телефона .
• 1973: Программа Common Module, запущенная NVESD.
• 1978: астрономия инфракрасной визуализации достигла совершеннолетия, обсерватории запланированы, IRTF на Мауна Кеа открылась; Массивы 32 × 32 и 64 × 64, полученные с использованием INSB, HGCDTE и других материалов.
• 2013: 14 февраля исследователи разработали нейронный имплантат , который дает крысам возможность ощущать инфракрасный свет, который впервые обеспечивает живые существа с новыми способностями, вместо того, чтобы просто заменить или увеличивать существующие способности.

Смотрите также

• Излучение черного тела
• Инфракрасное неразрушающее тестирование материалов
• Инфракрасные солнечные элементы
• Инфракрасный термометр
• Люди возражают
• Индекс инфракрасных статей

Внешние ссылки

• Инфракрасный: историческая перспектива, архивная 2007-08-07 на The Wayback Machine (Omega Engineering)
• Ассоциация инфракрасных данных Архивировал 2008-05-22 в The Wayback Machine , стандартной организации для инфракрасной взаимосвязи данных
• Протокол SIRC Архивировал 2011-10-13 на машине Wayback
• ПК Как построить USB-инфракрасный приемник для управления удаленно архивированием 2011-07-19 на машине Wayback
• Инфракрасные волны : подробное объяснение инфракрасного света. (НАСА)
• Оригинальная статья Гершеля с 1800 года, объявляя об открытии инфракрасного света
• Библиотека Thermography Archived 2013-06-11 в The Wayback Machine , Коллекция термограммы
• Инфракрасная рефлектография в анализе картин архивировал 2015-12-22 на The Wayback Machine в Colourlex
• Молли Фари, методы и применения-аналитические возможности инфракрасной рефлектографии: перспектива искусств, архивная 2015-12-22 на машине Wayback , в научном изучении искусства: современные методы в сохранении и анализе, Sackler NAS Colloquium, 2005