一、Häufig verwendetes Unterteilungsschema für Infrarot

Ein häufig verwendetes Unterteilungsschema für Infrarotstrahlung (IR) basiert auf dem Wellenlängenbereich. Das IR-Spektrum wird im Allgemeinen in die folgenden Bereiche unterteilt:

Nahinfrarot (NIR):Die Wellenlänge dieses Bereichs reicht von etwa 700 Nanometer (nm) bis 1,4 Mikrometer (μm). Aufgrund der geringen Dämpfungsverluste im Medium SiO2-Glas (Siliziumdioxid) wird NIR-Strahlung häufig in der Fernerkundung und in der faseroptischen Telekommunikation eingesetzt. Bildverstärker reagieren empfindlich auf diesen Bereich des Spektrums; Beispiele hierfür sind Nachtsichtgeräte wie Nachtsichtbrillen. Eine weitere häufige Anwendung ist die Nahinfrarotspektroskopie.

Kurzwelliges Infrarot (SWIR):Er wird auch als „Kurzwellen-Infrarot“- oder „SWIR“-Bereich bezeichnet und erstreckt sich von etwa 1,4 μm bis 3 μm. SWIR-Strahlung wird häufig in Bildgebungs-, Überwachungs- und Spektroskopieanwendungen eingesetzt.

Mittelwelliges Infrarot (MWIR):Der MWIR-Bereich erstreckt sich von etwa 3 μm bis 8 μm. Dieser Bereich wird häufig in Wärmebild-, militärischen Ziel- und Gasdetektionssystemen eingesetzt.

Langwelliges Infrarot (LWIR):Der LWIR-Bereich deckt Wellenlängen von etwa 8 μm bis 15 μm ab. Es wird häufig in der Wärmebildtechnik, in Nachtsichtsystemen und bei berührungslosen Temperaturmessungen eingesetzt.

Ferninfrarot (FIR):Dieser Bereich erstreckt sich von etwa 15 μm bis 1 Millimeter (mm) Wellenlänge. FIR-Strahlung wird häufig in der Astronomie, der Fernerkundung und bestimmten medizinischen Anwendungen eingesetzt.

Wellenlängenbereichsdiagramm

NIR und SWIR zusammen werden manchmal als „reflektiertes Infrarot“ bezeichnet, während MWIR und LWIR manchmal als „thermisches Infrarot“ bezeichnet werden.

二、Anwendungen von Infrarot

Nachtsicht

Infrarot (IR) spielt in Nachtsichtgeräten eine entscheidende Rolle und ermöglicht die Erkennung und Visualisierung von Objekten in schwach beleuchteten oder dunklen Umgebungen. Herkömmliche Nachtsichtgeräte mit Bildverstärkung, wie Nachtsichtbrillen oder Monokulare, verstärken das verfügbare Umgebungslicht, einschließlich der vorhandenen IR-Strahlung. Diese Geräte verwenden eine Fotokathode, um einfallende Photonen, einschließlich IR-Photonen, in Elektronen umzuwandeln. Anschließend werden die Elektronen beschleunigt und verstärkt, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. In diese Geräte sind häufig Infrarotstrahler integriert, die IR-Licht aussenden, um die Sichtbarkeit bei völliger Dunkelheit oder schlechten Lichtverhältnissen zu verbessern, wenn die IR-Strahlung der Umgebung nicht ausreicht.

Umgebung mit wenig Licht

Thermografie

Mit Infrarotstrahlung lässt sich die Temperatur von Objekten aus der Ferne bestimmen (sofern der Emissionsgrad bekannt ist). Dies nennt man Thermografie, bei sehr heißen Objekten im NIR oder sichtbaren Bereich auch Pyrometrie. Thermographie (Wärmebildgebung) wird hauptsächlich in militärischen und industriellen Anwendungen eingesetzt, aber aufgrund der stark reduzierten Produktionskosten gelangt die Technologie in Form von Infrarotkameras in Autos auf den öffentlichen Markt.

Wärmebildanwendungen

Mit Infrarotstrahlung lässt sich die Temperatur von Objekten aus der Ferne bestimmen (sofern der Emissionsgrad bekannt ist). Dies nennt man Thermografie, bei sehr heißen Objekten im NIR oder sichtbaren Bereich auch Pyrometrie. Thermographie (Wärmebildgebung) wird hauptsächlich in militärischen und industriellen Anwendungen eingesetzt, aber aufgrund der stark reduzierten Produktionskosten gelangt die Technologie in Form von Infrarotkameras in Autos auf den öffentlichen Markt.

Thermografiekameras erkennen Strahlung im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums (ungefähr 9.000–14.000 Nanometer oder 9–14 μm) und erstellen Bilder dieser Strahlung. Da gemäß dem Schwarzkörperstrahlungsgesetz Infrarotstrahlung von allen Objekten aufgrund ihrer Temperatur abgegeben wird, ermöglicht die Thermografie das „Sehen“ der eigenen Umgebung mit oder ohne sichtbare Beleuchtung. Die von einem Objekt emittierte Strahlungsmenge nimmt mit der Temperatur zu, daher ermöglicht die Thermografie, Temperaturschwankungen zu erkennen.

Hyperspektrale Bildgebung

Ein hyperspektrales Bild ist ein „Bild“, das an jedem Pixel ein kontinuierliches Spektrum über einen weiten Spektralbereich enthält. Die hyperspektrale Bildgebung gewinnt im Bereich der angewandten Spektroskopie insbesondere mit den Spektralbereichen NIR, SWIR, MWIR und LWIR zunehmend an Bedeutung. Zu den typischen Anwendungen gehören biologische, mineralogische, verteidigungstechnische und industrielle Messungen.

Das hyperspektrale Bild

Die thermische Infrarot-Hyperspektralbildgebung kann auf ähnliche Weise mit einer Thermografiekamera durchgeführt werden, mit dem grundlegenden Unterschied, dass jedes Pixel ein vollständiges LWIR-Spektrum enthält. Folglich kann die chemische Identifizierung des Objekts durchgeführt werden, ohne dass eine externe Lichtquelle wie die Sonne oder der Mond erforderlich ist. Solche Kameras werden typischerweise für geologische Messungen, Außenüberwachung und UAV-Anwendungen eingesetzt.

Heizung

Tatsächlich kann Infrarotstrahlung (IR) in verschiedenen Anwendungen als gezielte Wärmequelle eingesetzt werden. Dies liegt vor allem an der Fähigkeit der IR-Strahlung, Wärme direkt auf Objekte oder Oberflächen zu übertragen, ohne die Umgebungsluft wesentlich zu erwärmen. Tatsächlich kann Infrarotstrahlung (IR) in verschiedenen Anwendungen als gezielte Wärmequelle eingesetzt werden. Dies liegt vor allem an der Fähigkeit der IR-Strahlung, Wärme direkt auf Objekte oder Oberflächen zu übertragen, ohne die Umgebungsluft wesentlich zu erwärmen.

Die Wärmequelle

Infrarotstrahlung wird in verschiedenen industriellen Heizprozessen häufig eingesetzt. Beispielsweise werden in der Fertigung häufig IR-Lampen oder -Panels eingesetzt, um Materialien wie Kunststoffe, Metalle oder Beschichtungen zum Aushärten, Trocknen oder Formen zu erhitzen. Die IR-Strahlung lässt sich präzise steuern und lenken und ermöglicht so eine effiziente und schnelle Erwärmung bestimmter Bereiche.