一、Συνήθως χρησιμοποιούμενο σχήμα υποδιαίρεσης υπέρυθρων

Ένα συνήθως χρησιμοποιούμενο σχήμα υποδιαίρεσης της υπέρυθρης (IR) ακτινοβολίας βασίζεται στο εύρος μήκους κύματος. Το φάσμα IR γενικά διαιρείται στις ακόλουθες περιοχές:

Εγγύς υπέρυθρη ακτινοβολία (NIR):Αυτή η περιοχή κυμαίνεται από περίπου 700 νανόμετρα (nm) έως 1,4 μικρόμετρα (μm) σε μήκος κύματος. Η ακτινοβολία NIR χρησιμοποιείται συχνά στην τηλεπισκόπηση και στις τηλεπικοινωνίες οπτικών ινών λόγω των χαμηλών απωλειών εξασθένησης στο μέσο SiO2 από γυαλί (πυρίτιο). Οι ενισχυτές εικόνας είναι ευαίσθητοι σε αυτήν την περιοχή του φάσματος. Παραδείγματα περιλαμβάνουν συσκευές νυχτερινής όρασης όπως τα γυαλιά νυχτερινής όρασης. Η φασματοσκοπία εγγύς υπέρυθρου είναι μια άλλη κοινή εφαρμογή.

Υπέρυθρες βραχέος μήκους κύματος (SWIR):Γνωστή και ως περιοχή «βραχέων κυμάτων υπέρυθρης ακτινοβολίας» ή «SWIR», εκτείνεται από περίπου 1,4 μm έως 3 μm. Η ακτινοβολία SWIR χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές απεικόνισης, επιτήρησης και φασματοσκοπίας.

Υπέρυθρες μεσαίου μήκους κύματος (MWIR):Η περιοχή MWIR εκτείνεται από περίπου 3 μm έως 8 μm. Αυτό το εύρος χρησιμοποιείται συχνά σε συστήματα θερμικής απεικόνισης, στρατιωτικής στόχευσης και ανίχνευσης αερίων.

Υπέρυθρες ακτίνες μεγάλου μήκους κύματος (LWIR):Η περιοχή LWIR καλύπτει μήκη κύματος από περίπου 8 μm έως 15 μm. Χρησιμοποιείται συνήθως σε θερμική απεικόνιση, συστήματα νυχτερινής όρασης και μετρήσεις θερμοκρασίας χωρίς επαφή.

Άπω υπέρυθρη (FIR):Αυτή η περιοχή εκτείνεται από περίπου 15 μm έως 1 χιλιοστό (mm) σε μήκος κύματος. Η ακτινοβολία FIR χρησιμοποιείται συχνά στην αστρονομία, την τηλεπισκόπηση και ορισμένες ιατρικές εφαρμογές.

Διάγραμμα εύρους μήκους κύματος

Το NIR και το SWIR μαζί ονομάζονται μερικές φορές «ανακλώμενο υπέρυθρο», ενώ το MWIR και το LWIR αναφέρονται μερικές φορές ως «θερμικό υπέρυθρο».

二、Εφαρμογές υπέρυθρων

Νυχτερινή όραση

Η υπέρυθρη ακτινοβολία (IR) παίζει κρίσιμο ρόλο στον εξοπλισμό νυχτερινής όρασης, επιτρέποντας την ανίχνευση και την οπτικοποίηση αντικειμένων σε περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού ή σε σκοτεινά περιβάλλοντα. Οι παραδοσιακές συσκευές νυχτερινής όρασης με ενίσχυση εικόνας, όπως τα γυαλιά νυχτερινής όρασης ή τα μονοκιάλια, ενισχύουν το διαθέσιμο φως περιβάλλοντος, συμπεριλαμβανομένης οποιασδήποτε υπάρχουσας υπέρυθρης ακτινοβολίας. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν μια φωτοκάθοδο για να μετατρέψουν τα εισερχόμενα φωτόνια, συμπεριλαμβανομένων των φωτονίων υπέρυθρης ακτινοβολίας, σε ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια επιταχύνονται και ενισχύονται για να δημιουργήσουν μια ορατή εικόνα. Οι υπέρυθρες συσκευές φωτισμού, οι οποίες εκπέμπουν φως υπέρυθρης ακτινοβολίας, συχνά ενσωματώνονται σε αυτές τις συσκευές για να βελτιώσουν την ορατότητα σε απόλυτο σκοτάδι ή σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού όπου η ακτινοβολία υπέρυθρης ακτινοβολίας περιβάλλοντος είναι ανεπαρκής.

Περιβάλλον χαμηλού φωτισμού

Θερμογραφία

Η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον απομακρυσμένο προσδιορισμό της θερμοκρασίας αντικειμένων (εάν η εκπεμπτικότητα είναι γνωστή). Αυτό ονομάζεται θερμογραφία ή, στην περίπτωση πολύ θερμών αντικειμένων στο μη υπέρυθρο ή στο ορατό φάσμα, ονομάζεται πυρομετρία. Η θερμογραφία (θερμική απεικόνιση) χρησιμοποιείται κυρίως σε στρατιωτικές και βιομηχανικές εφαρμογές, αλλά η τεχνολογία φτάνει στην αγορά με τη μορφή υπέρυθρων καμερών σε αυτοκίνητα λόγω του σημαντικά μειωμένου κόστους παραγωγής.

Εφαρμογές θερμικής απεικόνισης

Η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον απομακρυσμένο προσδιορισμό της θερμοκρασίας αντικειμένων (εάν η εκπεμπτικότητα είναι γνωστή). Αυτό ονομάζεται θερμογραφία ή, στην περίπτωση πολύ θερμών αντικειμένων στο μη υπέρυθρο ή στο ορατό φάσμα, ονομάζεται πυρομετρία. Η θερμογραφία (θερμική απεικόνιση) χρησιμοποιείται κυρίως σε στρατιωτικές και βιομηχανικές εφαρμογές, αλλά η τεχνολογία φτάνει στην αγορά με τη μορφή υπέρυθρων καμερών σε αυτοκίνητα λόγω του σημαντικά μειωμένου κόστους παραγωγής.

Οι θερμογραφικές κάμερες ανιχνεύουν ακτινοβολία στην υπέρυθρη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (περίπου 9.000–14.000 νανόμετρα ή 9–14 μm) και παράγουν εικόνες αυτής της ακτινοβολίας. Δεδομένου ότι η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπεται από όλα τα αντικείμενα με βάση τις θερμοκρασίες τους, σύμφωνα με τον νόμο της ακτινοβολίας μέλανος σώματος, η θερμογραφία καθιστά δυνατή την «όραση» του περιβάλλοντός κάποιου με ή χωρίς ορατό φωτισμό. Η ποσότητα ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο αυξάνεται με τη θερμοκρασία, επομένως η θερμογραφία επιτρέπει σε κάποιον να δει τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας.

Υπερφασματική απεικόνιση

Μια υπερφασματική εικόνα είναι μια «εικόνα» που περιέχει συνεχές φάσμα σε ένα ευρύ φασματικό εύρος σε κάθε εικονοστοιχείο. Η υπερφασματική απεικόνιση αποκτά όλο και μεγαλύτερη σημασία στον τομέα της εφαρμοσμένης φασματοσκοπίας, ιδιαίτερα με τις φασματικές περιοχές NIR, SWIR, MWIR και LWIR. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν βιολογικές, ορυκτολογικές, αμυντικές και βιομηχανικές μετρήσεις.

Η υπερφασματική εικόνα

Η θερμική υπέρυθρη υπερφασματική απεικόνιση μπορεί να πραγματοποιηθεί με παρόμοιο τρόπο χρησιμοποιώντας μια θερμογραφική κάμερα, με τη θεμελιώδη διαφορά ότι κάθε εικονοστοιχείο περιέχει ένα πλήρες φάσμα LWIR. Συνεπώς, η χημική ταυτοποίηση του αντικειμένου μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς την ανάγκη εξωτερικής πηγής φωτός, όπως ο Ήλιος ή η Σελήνη. Τέτοιες κάμερες χρησιμοποιούνται συνήθως για γεωλογικές μετρήσεις, εξωτερική επιτήρηση και εφαρμογές UAV.

Θέρμανση

Η υπέρυθρη (IR) ακτινοβολία μπορεί πράγματι να χρησιμοποιηθεί ως σκόπιμη πηγή θέρμανσης σε διάφορες εφαρμογές. Αυτό οφείλεται κυρίως στην ικανότητα της υπέρυθρης ακτινοβολίας να μεταφέρει απευθείας θερμότητα σε αντικείμενα ή επιφάνειες χωρίς να θερμαίνει σημαντικά τον περιβάλλοντα αέρα. Η υπέρυθρη (IR) ακτινοβολία μπορεί πράγματι να χρησιμοποιηθεί ως σκόπιμη πηγή θέρμανσης σε διάφορες εφαρμογές. Αυτό οφείλεται κυρίως στην ικανότητα της υπέρυθρης ακτινοβολίας να μεταφέρει απευθείας θερμότητα σε αντικείμενα ή επιφάνειες χωρίς να θερμαίνει σημαντικά τον περιβάλλοντα αέρα.

Η πηγή θέρμανσης

Η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες βιομηχανικές διεργασίες θέρμανσης. Για παράδειγμα, στην κατασκευή, οι λάμπες ή τα πάνελ υπέρυθρης ακτινοβολίας χρησιμοποιούνται συχνά για τη θέρμανση υλικών, όπως πλαστικά, μέταλλα ή επιστρώσεις, για σκοπούς σκλήρυνσης, ξήρανσης ή διαμόρφωσης. Η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να ελεγχθεί και να κατευθυνθεί με ακρίβεια, επιτρέποντας την αποτελεσματική και ταχεία θέρμανση σε συγκεκριμένες περιοχές.