红外线

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一只狗的红外线照片

红外线Infrared)是波长介乎微波可见光之间的电磁波,其波长在760纳米(nm)至1毫米(mm)之间,是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段。其穿透能力比可见光强,又俗称红外光,它在通讯、探测、医疗军事等方面有广泛的用途。

光线与"红外线"的关系[编辑]

  • 光线是一种辐射电磁波,其波长分布自300nm紫外线)到14,000nm(远红外线)。不过以人类的经验而言,“光域”通常指的是肉可见的光波域,即是从400nm(紫)到700nm(红)可以被人类眼睛感觉得到的范围,一般称为“可见光域”(Visible)。由于近代科技的发达,人类利用各种“介质”(特殊材质的感应器),把感觉范围从“可见光”部份向两端扩充,最低可达到0.08~0.1nm(X光, 0.8~1Å),最高可达10,000nm(远红外线,热像范围)。

不同领域的红外线[编辑]

物体通常会辐射出跨越不同波长的红外线,但是侦测器的设计通常只能接收感到兴趣的特定频谱宽度以内的辐射。结果是,红外线通常会被区分成不同波长的较小区段。

CIE分类系统[编辑]

国际照明委员会(CIE)建议将红外线区分为以下三个类别[1]

  • 红外线-A (IR-A):700纳米-1,400纳米 (0.7微米-1.4微米)
  • 红外线-B (IR-B):1,400纳米-3,000纳米 (1.4微米-3微米)
  • 红外线-C (IR-C):3,000纳米-1毫米 (3微米-1,000微米)

一般使用者的分类是[2]

  • 近红外线(NIR, IR-A DIN):波长在0.75-1.4微米,以水的吸收来定义,由于在二氧化硅玻璃中的低衰减率,通常使用在光纤通信中。在这个区域的波长对影像的增强非常敏锐。例如,包括夜视设备,像是夜视镜。
  • 短波长红外线(SWIR, IR-B DIN):1.4-3微米,水的吸收在1,450纳米显著的增加。1,530至1,560纳米是主导远距离通信的主要光谱区域。
  • 中波长红外线(MWIR, IR-C DIN) 也称为中红外线:波长在3-8微米。被动式的红外线追热导向导弹技术在设计上就是使用3-5微米波段的大气窗口来工作,对飞机红外线标识的归航,通常是针对飞机引擎排放的羽流。
  • 长波长红外线(LWIR, IR-C DIN):8-15微米。这是"热成像"的区域,在这个波段的传感器不需要其他的光或外部热源,例如太阳、月球或红外灯,就可以获得完整的热排放量的被动影像。前视性红外线(FLIR)系统使用这个区域的频谱。,有时也会被归类为"远红外线"
  • 远红外线(FIR):15-1,000微米 (参见远红外线雷射)。

NIR和SWIR有时被称为"反射红外线",而MWIR和LWIR有时被称为"热红外线",这是基于黑体辐射曲线的特性,典型的'热'物体,像是排气管,同样的物体通常在MW的波段会比在LW波段下来得更为明亮。

ISO 20473分类[3][编辑]

名称 缩写 波长
近红外线 NIR 0.78-3微米
中红外线 MIR 3-50微米
远红外线 FIR 50 – 1,000微米

天文学分类方案[编辑]

天文学家通常将以如下的波段区分红外线的范围[4]

名称 缩写 波长
近红外线 NIR (0.7-1)至5微米
中红外线 MIR 5至 (25-40)微米
远红外线 FIR (25-40)至 (200-350)微米

这种分类不是很精确,而且和发布的单位有关。这三种区域分别用于观测不同温度的范围,以及不同环境下的空间。

传感器回应分类方案[编辑]

部分红外线区域的大气层穿透图。
  • 近红外线 | (Near Infra-red, NIR)| 700~ 2,000nm | 0.7~2 MICRON
  • 中红外线 | (Middle Infra-red, MIR)| 3,000~ 5,000nm | 3~5 MICRON
  • 远红外线 | (Far Infra-red, FIR)| 8,000~14,000nm | 8~14 MICRON

红外线的发现[编辑]

  • 公元1666年牛顿发现光谱并测量出3,900~7,600(400nm~700nm)是可见光的波长。1800年4月24日英国伦敦皇家学会(ROYAL SOCIETY)的威廉·赫歇尔发表太阳光在可见光谱的红光之外还有一种不可见的延伸光谱,具有效应。他所使用的方法很简单,用一支温度计测量经过棱镜分光后的各色光线温度,由紫到红,发现温度逐渐增加,可是当温度计放到红光以外的部份,温度仍持续上升,因而断定有红外线的存在。在紫外线的部份也做同样的测试,但温度并没有增高的反应。紫外线是1801年由RITTER用氯化银(Silver chloride)感光剂所发现的。
底片所能感应的近红外线波长是肉眼所能看见光线波长的两倍,用底片可以记录到的波长上限是13,500,如果再加上其它特殊的设备,则最高可以达到20,000,再往上就必须用物理仪器侦测了。

红外线辐射源区分(Infrared radiation)[编辑]

红外线辐射源可区分为四部份:

  1. 白炽发光区(Actinic range):或称“光化反应区”,由白炽物体产生的射线,自可见光域到红外域。如灯泡(钨丝灯,TUNGSTEN FILAMENT LAMP),太阳
  2. 热体辐射区(Hot-object range):由非白炽物体产生的热射线,如电熨斗及其它的电热器等,平均温度约在400℃左右。
  3. 发热传导区(Calorific range)由滚沸的热水或热蒸汽管产生的热射线。平均温度低于200℃,此区域又称为“非光化反应区”(Non-actinic)。
  4. 温体辐射区(Warm range):由人体动物地热等所产生的热射线,平均温度约为40℃左右。
  • 站在照相与摄影技术的观点来看感光特性:光波的能量与感光材料的敏感度是造成感光最主要的因素。波长愈长,能量愈弱,即红外线的能量要比可见光低,比紫外线更低。但是高能量波所必须面对的另一个难题就是:能量愈高穿透力愈强,无法形成反射波使感光材料撷取影像,例如X光,就必须在被照物体的背后取像。因此,摄影术就必须往长波长的方向——“近红外线”部份发展。以造影为目标的近红外线摄影术,随着化学与电子科技的进展,演化出下列三个方向:
  1. 近红外线底片:以波长700nm~900nm的近红外线为主要感应范围,利用加入特殊染料的乳剂产生光化学反应,使此一波域的光变化转为化学变化形成影像
  2. 近红外线电子感光材料:以波长700nm~2,000nm的近红外线为主要感应范围,它是利用以为主的化合物晶体产生光电反应,形成电子影像。
  3. 中、远红外线热像感应材料:以波长3,000nm~14,000nm的中红外线及远红外线为主要感应范围,利用特殊的感应器及冷却技术,形成电子影像。

资料出处[编辑]

金台宝的近红外线应用网

注:2007/05/31以后yahoo的个人网页已删除,相关内容转载于“近红外线对科学鉴识的技术应用”http://city.udn.com/v1/blog/article/index.jsp?uid=infraread&f_ART_CATE=91241 :

参考资料[编辑]

  1. ^ Henderson, Roy. Wavelength considerations. Instituts für Umform- und Hochleistungs. [2007-10-18]. (原始内容存档于2007-10-28). 
  2. ^ Byrnes, James. Unexploded Ordnance Detection and Mitigation. Springer. 2009: 21–22. ISBN 9781402092527. 
  3. ^ ISO 20473:2007. ISO.  已忽略文本“author ” (帮助);
  4. ^ IPAC Staff. Near, Mid and Far-Infrared. NASA ipac. [2007-04-04].