一、Σχέδιο υποδιαίρεσης υπέρυθρων που χρησιμοποιείται συνήθως

Ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο σχήμα υποδιαίρεσης της υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR) βασίζεται στην περιοχή μήκους κύματος. Το φάσμα IR χωρίζεται γενικά στις ακόλουθες περιοχές:

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

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

Υπέρυθρο 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.

Υπέρυθρο μεγάλο μήκος 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.

Υπέρυθρο (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 μήκους κύματος

Το NIR και το SWIR μαζί ονομάζονται μερικές φορές "ανακλώμενα υπέρυθρα", ενώ το MWIR και το LWIR μερικές φορές αναφέρονται ως "θερμικό υπέρυθρο".

二、Εφαρμογές υπέρυθρων

Νυχτερινή όραση

Οι υπέρυθρες (IR) διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στον εξοπλισμό νυχτερινής όρασης, επιτρέποντας την ανίχνευση και την απεικόνιση αντικειμένων σε περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού ή σκοταδιού. Οι παραδοσιακές συσκευές νυχτερινής όρασης για την ενίσχυση της εικόνας, όπως τα γυαλιά νυχτερινής όρασης ή τα μονόφθαλμα, ενισχύουν το διαθέσιμο φως του περιβάλλοντος, συμπεριλαμβανομένης της ακτινοβολίας υπερύθρων που υπάρχει. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν μια φωτοκάθοδο για να μετατρέψουν τα εισερχόμενα φωτόνια, συμπεριλαμβανομένων των φωτονίων IR, σε ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια επιταχύνονται και ενισχύονται για να δημιουργήσουν μια ορατή εικόνα. Οι υπέρυθροι φωτιστές, οι οποίοι εκπέμπουν φως υπερύθρων, ενσωματώνονται συχνά σε αυτές τις συσκευές για να βελτιώσουν την ορατότητα σε απόλυτο σκοτάδι ή συνθήκες χαμηλού φωτισμού όπου η ακτινοβολία υπερύθρων περιβάλλοντος είναι ανεπαρκής.

Περιβάλλον χαμηλού φωτισμού

Θερμογραφία

Η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εξ αποστάσεως προσδιορισμό της θερμοκρασίας των αντικειμένων (εάν είναι γνωστή η εκπομπή). Αυτό ονομάζεται θερμογραφία, ή στην περίπτωση πολύ θερμών αντικειμένων στο NIR ή ορατά ονομάζεται πυρομετρία. Η θερμογραφία (θερμική απεικόνιση) χρησιμοποιείται κυρίως σε στρατιωτικές και βιομηχανικές εφαρμογές, αλλά η τεχνολογία φτάνει στη δημόσια αγορά με τη μορφή υπέρυθρων καμερών σε αυτοκίνητα λόγω πολύ μειωμένου κόστους παραγωγής.

Εφαρμογές θερμικής απεικόνισης

Η υπέρυθρη ακτινοβολία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εξ αποστάσεως προσδιορισμό της θερμοκρασίας των αντικειμένων (εάν είναι γνωστή η εκπομπή). Αυτό ονομάζεται θερμογραφία, ή στην περίπτωση πολύ θερμών αντικειμένων στο NIR ή ορατά ονομάζεται πυρομετρία. Η θερμογραφία (θερμική απεικόνιση) χρησιμοποιείται κυρίως σε στρατιωτικές και βιομηχανικές εφαρμογές, αλλά η τεχνολογία φτάνει στη δημόσια αγορά με τη μορφή υπέρυθρων καμερών σε αυτοκίνητα λόγω πολύ μειωμένου κόστους παραγωγής.

Οι θερμογραφικές κάμερες ανιχνεύουν την ακτινοβολία στο υπέρυθρο εύρος 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 το νόμο της ακτινοβολίας του μαύρου σώματος, η θερμογραφία καθιστά δυνατή την «βλέπει» το περιβάλλον κάποιου με ή χωρίς ορατό φωτισμό. Η ποσότητα της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο αυξάνεται με τη θερμοκρασία, επομένως η θερμογραφία επιτρέπει σε κάποιον να δει διακυμάνσεις στη θερμοκρασία.

Υπερφασματική απεικόνιση

Μια υπερφασματική εικόνα είναι μια «εικόνα» που περιέχει συνεχές φάσμα μέσω μιας ευρείας φασματικής περιοχής σε κάθε pixel. Η υπερφασματική απεικόνιση αποκτά ολοένα μεγαλύτερη σημασία στο πεδίο 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 με τη χρήση θερμογραφικής κάμερας, με τη θεμελιώδη διαφορά ότι κάθε pixel περιέχει ένα πλήρες φάσμα LWIR. Κατά συνέπεια, η χημική αναγνώριση του αντικειμένου μπορεί να πραγματοποιηθεί χωρίς να απαιτείται εξωτερική πηγή φωτός όπως ο Ήλιος ή η Σελήνη. Τέτοιες κάμερες χρησιμοποιούνται συνήθως για γεωλογικές μετρήσεις, εξωτερική επιτήρηση και εφαρμογές UAV.

Θέρμανση

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

Η πηγή θέρμανσης

Η υπέρυθρη ακτινοβολία χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες βιομηχανικές διαδικασίες θέρμανσης. Για παράδειγμα, στην κατασκευή, λαμπτήρες IR ή πάνελ χρησιμοποιούνται συχνά για τη θέρμανση υλικών, όπως πλαστικών, μετάλλων ή επικαλύψεων, για σκλήρυνση, ξήρανση ή διαμόρφωση. Η ακτινοβολία υπερύθρων μπορεί να ελεγχθεί και να κατευθυνθεί με ακρίβεια, επιτρέποντας την αποτελεσματική και γρήγορη θέρμανση σε συγκεκριμένες περιοχές.