I. Sơ đồ phân vùng thường dùng của tia hồng ngoại

Một phương pháp phân chia bức xạ hồng ngoại (IR) thường được sử dụng là dựa trên dải bước sóng. Phổ IR thường được chia thành các vùng sau:

Cận hồng ngoại (NIR):Vùng này có bước sóng trải dài từ khoảng 700 nanomet (nm) đến 1,4 micromet (μm). Bức xạ cận hồng ngoại (NIR) thường được sử dụng trong viễn thám, viễn thông cáp quang do tổn hao suy giảm thấp trong môi trường thủy tinh SiO2 (silica). Các bộ khuếch đại hình ảnh nhạy cảm với vùng phổ này; ví dụ như các thiết bị nhìn đêm như kính nhìn đêm. Quang phổ cận hồng ngoại là một ứng dụng phổ biến khác.

Hồng ngoại bước sóng ngắn (SWIR):Vùng bức xạ này, còn được gọi là "hồng ngoại sóng ngắn" hay "SWIR", trải dài từ khoảng 1,4 μm đến 3 μm. Bức xạ SWIR thường được sử dụng trong các ứng dụng chụp ảnh, giám sát và quang phổ.

Hồng ngoại bước sóng trung bình (MWIR):Vùng MWIR trải dài từ khoảng 3 μm đến 8 μm. Dải bước sóng này thường được sử dụng trong chụp ảnh nhiệt, định vị mục tiêu quân sự và hệ thống phát hiện khí.

Hồng ngoại bước sóng dài (LWIR):Vùng LWIR bao gồm các bước sóng từ khoảng 8 μm đến 15 μm. Nó thường được sử dụng trong chụp ảnh nhiệt, hệ thống nhìn đêm và đo nhiệt độ không tiếp xúc.

Hồng ngoại xa (FIR):Vùng này trải dài từ khoảng 15 μm đến 1 milimét (mm) bước sóng. Bức xạ FIR thường được sử dụng trong thiên văn học, viễn thám và một số ứng dụng y tế.

sơ đồ phạm vi bước sóng

NIR và SWIR kết hợp đôi khi được gọi là "hồng ngoại phản xạ", trong khi MWIR và LWIR đôi khi được gọi là "hồng ngoại nhiệt".

二、Ứng dụng của tia hồng ngoại

Tầm nhìn ban đêm

Tia hồng ngoại (IR) đóng vai trò quan trọng trong thiết bị nhìn đêm, cho phép phát hiện và quan sát các vật thể trong môi trường thiếu sáng hoặc tối. Các thiết bị nhìn đêm khuếch đại hình ảnh truyền thống, chẳng hạn như kính nhìn đêm hoặc ống nhòm một mắt, khuếch đại ánh sáng môi trường xung quanh, bao gồm cả bức xạ hồng ngoại. Các thiết bị này sử dụng catốt quang để chuyển đổi các photon đến, bao gồm cả photon hồng ngoại, thành electron. Sau đó, các electron được gia tốc và khuếch đại để tạo ra hình ảnh có thể nhìn thấy. Đèn chiếu hồng ngoại, phát ra ánh sáng hồng ngoại, thường được tích hợp vào các thiết bị này để tăng cường khả năng hiển thị trong bóng tối hoàn toàn hoặc điều kiện ánh sáng yếu, nơi bức xạ hồng ngoại xung quanh không đủ.

Môi trường ánh sáng yếu

Nhiệt ảnh

Bức xạ hồng ngoại có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ của các vật thể từ xa (nếu biết hệ số phát xạ). Điều này được gọi là đo nhiệt độ bằng hồng ngoại (thermography), hoặc trong trường hợp các vật thể rất nóng trong vùng cận hồng ngoại (NIR) hoặc vùng ánh sáng nhìn thấy được thì được gọi là đo nhiệt độ bằng hồng ngoại (pyrometry). Đo nhiệt độ bằng hồng ngoại (hình ảnh nhiệt) chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng quân sự và công nghiệp, nhưng công nghệ này đang dần phổ biến trên thị trường đại chúng dưới dạng camera hồng ngoại trên ô tô do chi phí sản xuất giảm đáng kể.

Ứng dụng chụp ảnh nhiệt

Bức xạ hồng ngoại có thể được sử dụng để xác định nhiệt độ của các vật thể từ xa (nếu biết hệ số phát xạ). Điều này được gọi là đo nhiệt độ bằng hồng ngoại (thermography), hoặc trong trường hợp các vật thể rất nóng trong vùng cận hồng ngoại (NIR) hoặc vùng ánh sáng nhìn thấy được thì được gọi là đo nhiệt độ bằng hồng ngoại (pyrometry). Đo nhiệt độ bằng hồng ngoại (hình ảnh nhiệt) chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng quân sự và công nghiệp, nhưng công nghệ này đang dần phổ biến trên thị trường đại chúng dưới dạng camera hồng ngoại trên ô tô do chi phí sản xuất giảm đáng kể.

Máy ảnh nhiệt phát hiện bức xạ trong dải hồng ngoại của phổ điện từ (khoảng 9.000–14.000 nanomet hoặc 9–14 μm) và tạo ra hình ảnh của bức xạ đó. Vì bức xạ hồng ngoại được phát ra bởi tất cả các vật thể dựa trên nhiệt độ của chúng, theo định luật bức xạ vật đen, nên chụp ảnh nhiệt cho phép “nhìn thấy” môi trường xung quanh có hoặc không có ánh sáng nhìn thấy được. Lượng bức xạ do một vật thể phát ra tăng theo nhiệt độ, do đó chụp ảnh nhiệt cho phép người ta nhìn thấy sự thay đổi nhiệt độ.

Hình ảnh siêu phổ

Ảnh siêu phổ là một "bức ảnh" chứa phổ liên tục trải rộng trên một dải phổ lớn tại mỗi điểm ảnh. Hình ảnh siêu phổ đang ngày càng trở nên quan trọng trong lĩnh vực quang phổ ứng dụng, đặc biệt là với các vùng phổ NIR, SWIR, MWIR và LWIR. Các ứng dụng điển hình bao gồm các phép đo sinh học, khoáng vật học, quốc phòng và công nghiệp.

Hình ảnh siêu phổ

Tương tự, việc chụp ảnh siêu phổ hồng ngoại nhiệt cũng có thể được thực hiện bằng camera nhiệt, với sự khác biệt cơ bản là mỗi pixel chứa toàn bộ phổ LWIR. Do đó, việc xác định thành phần hóa học của vật thể có thể được thực hiện mà không cần nguồn sáng bên ngoài như Mặt Trời hoặc Mặt Trăng. Loại camera này thường được ứng dụng trong đo đạc địa chất, giám sát ngoài trời và các ứng dụng UAV.

Sưởi ấm

Bức xạ hồng ngoại (IR) thực sự có thể được sử dụng như một nguồn nhiệt có chủ đích trong nhiều ứng dụng khác nhau. Điều này chủ yếu là do khả năng của bức xạ IR trong việc truyền nhiệt trực tiếp đến các vật thể hoặc bề mặt mà không làm nóng không khí xung quanh một cách đáng kể. Bức xạ hồng ngoại (IR) thực sự có thể được sử dụng như một nguồn nhiệt có chủ đích trong nhiều ứng dụng khác nhau. Điều này chủ yếu là do khả năng của bức xạ IR trong việc truyền nhiệt trực tiếp đến các vật thể hoặc bề mặt mà không làm nóng không khí xung quanh một cách đáng kể.

Nguồn nhiệt

Bức xạ hồng ngoại được sử dụng rộng rãi trong nhiều quy trình gia nhiệt công nghiệp khác nhau. Ví dụ, trong sản xuất, đèn hoặc tấm hồng ngoại thường được sử dụng để gia nhiệt các vật liệu như nhựa, kim loại hoặc lớp phủ cho mục đích đóng rắn, sấy khô hoặc tạo hình. Bức xạ hồng ngoại có thể được kiểm soát và định hướng chính xác, cho phép gia nhiệt hiệu quả và nhanh chóng tại các khu vực cụ thể.