Инфрачервено лъчение (ИЧ): какво е, диапазони и приложения

Инфрачервеното (ИЧ) излъчване е вид електромагнитно излъчване — вълни с променливо електрическо и магнитно поле. Тези вълни са по-дълги от видимата светлина, която хората могат да видят, и по-къси от микровълните. Думата инфрачервено означава „под червеното“: от латинската infra (под) и английската red (червен). Понеже инфрачервената светлина има честота под честотата на червената видима светлина, хората не могат да я видят с невъоръжено око, но често я усещат като топлина.

Какви са диапазоните на ИЧ?

Класификациите на инфрачервения спектър варират в литературата; най-често използваните подгрупи са:

• Близка инфрачервена област (Near‑IR): около 0,75–1,4 µm (750–1400 nm). В текста по-горе се посочва диапазон 800 nm – 1,4 µm; и двете стойности попадат в тази област. Много технологии за комуникации и сензори работят тук.
• Къса и средна ИЧ (Short‑/Mid‑IR): приблизително 1,4–3 µm (SWIR) и 3–8 µm (MWIR) — тези области се използват в спектроскопията и за специализирани камери.
• Дълга инфрачервена област (Long‑wave IR, LWIR): около 8–15 µm. Термоизображенията (термография) често използват именно вълни в този диапазон — в практиката се среща и по-консервативният прозорец 8–14 µm.
• Далечна ИЧ (Far‑IR): ≈15 µm до няколко стотин µm (до 1 mm), където се приближаваме към микровълновата част на спектъра.

Единиците: 1 µm (микрометър) = 1000 nm (нанометра). В текста са използвани както nm, така и µm.

Естествени и изкуствени източници

Слънцето излъчва голяма част от своята енергия в близката инфрачервена област, затова „повечето инфрачервени вълни от Слънцето са близки до инфрачервените“, както е посочено в оригинала. В допълнение:

• Всички тела с температура над абсолютната нула излъчват инфрачервена радиация съгласно законите на черното тяло (Планк, Стефан–Болцман). Топлите обекти (като човешко тяло или двигател) излъчват най-силно в ИЧ-областта.
• Изкуствени източници: инфрачервени LED и лазери, нагревателни елементи, двигатели на превозни средства и др.

Как хората и устройствата усещат ИЧ

Хората възприемат инфрачервения спектър предимно като топлина. Чувството на топлина е резултат от поглъщането на ИЧ енергия и преобразуването ѝ в топлина в тъканите. За измерване и образуване на изображения се използват специализирани фотоелектрични и термални сензори — болометри, термопилета, детектори на основата на InGaAs, HgCdTe (MCT) и други. Някои CCD/CMOS камери могат да бъдат модифицирани за близка ИЧ чувствителност.

Приложения

• Дистанционни управления: Повечето дистанционни управления за телевизори и друга техника използват инфрачервени светодиоди (често около 940 nm) за предаване на сигнали.
• Термография и диагностика: Камерите за термоизображение откриват инфрачервеното топлинно излъчване и го превръщат в видима карта на температурите (използва се в строителството, електроинспекцията, медицината и т.н.). Както е посочено, термоизображенията се правят предимно с вълни на топлинно излъчване между 8 и 15 µm (често 8–14 µm).
• Военни и сигурност: Много ракети и противовъздушни средства използват ИЧ-измерители и търсачи, които намират и следват източници на топлина (например двигателни газове).
• Нощно виждане и наблюдение: ИЧ-детекторите позволяват наблюдение при слаба светлина и пълна тъмнина.
• Спектроскопия: Инфрачервената спектроскопия е ключова в химията и биологията за идентифициране на молекулни вибрации и химични връзки.
• Комуникации: В оптичните влакна се използват близки до инфрачервената дължини на вълните (~1,3–1,55 µm) за дълги, бързи и ефикасни преноси на данни.
• Медицински и терапевтични приложения: Инфрачервените лампи и лазери се използват за физиотерапия, лечение на мускулни и ставни болки (термичен ефект) и за диагностични процедури.
• Астрономия: Наблюдение на хладни звезди, прахови облаци и далечни галактики в ИЧ дава информация, недостъпна в видимия спектър.
• Промишлен мониторинг и автоматизация: Сензори за температура, детекция на течове, контрол на процеси и прецизни измервания в производството.

Атмосфера и прозорци за наблюдение

Атмосферата не пропуска равномерно всички ИЧ дължини: водни пари, въглероден диоксид и други газове поглъщат силно в някои облати, но има „атмосферни прозорци“ (например около 3–5 µm и 8–14 µm), които позволяват по-добро наблюдение и дистанционно термично картографиране. Това е важно за астрономи, военни и инженери при избора на детектори и честоти.

Безопасност

Въпреки че инфрачервените вълни са невидими, те могат да причинят увреждане чрез нагряване. Интензивно близкоинфрачервено лъчение (напр. от мощни лазери или индустриални източници) може да доведе до изгаряния или увреждане на очите — при близко ИЧ увреждането на ретината може да стане без болка, защото болевите рецептори не присъстват в ретината. Затова при работа с мощни ИЧ източници се използват специални защитни очила и процедури.

Заключение

Инфрачервеното лъчение е широка и важна част от електромагнитния спектър: от близките ИЧ използвани в дистанционни управления и оптични комуникации, до дълговълновите ИЧ, използвани в термографията и наблюденията на топлинни процеси. То е неотделима част от ежедневните технологии и научни изследвания, като същевременно изисква внимание по отношение на атмосферата и безопасността при приложение на висока мощност.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява инфрачервеното излъчване?

В: Откъде идва думата "инфрачервено"?

В: Могат ли хората да виждат инфрачервени вълни?

В: Какъв е обхватът на близките инфрачервени вълни?

Въпрос: С какво се правят термовизионни изображения най-често?

В: Как хората усещат инфрачервените лъчи?

В: Какво обикновено се използва за изпращане на сигнали за управление в дистанционните управления?

Търсене по буква