淺析紅外線技術(shù)的概念與作用

摘 要：紅外線是電磁波中可見光區(qū)紅光外端的熱射線，是一種看不見的電磁輻射。近年來隨著我國科學技術(shù)的發(fā)展，紅外線技術(shù)也得到突破發(fā)展。本文將主要介紹紅外線技術(shù)的概念以及其在實際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用作用。

關(guān)鍵詞：紅外線技術(shù)；光學影響；光化學作用；光電作用

太陽光線中有許多種不可見光，紅外線就是其中一種，它是在1800年被英國科學家霍胥爾發(fā)現(xiàn)的，紅外線又稱為紅外熱輻射，霍胥爾利用三棱鏡將太陽光分解開，將不同的顏色劃分歸類為不同的色帶，在色帶上放置溫度計，想要以此測量出各種顏色的光的加熱效應(yīng)。因此而發(fā)現(xiàn)位于紅光外側(cè)的溫度計溫度升高的速度最快，從而得出結(jié)論紅光外側(cè)必定存在看不見的光線，即將它稱為紅外線。本文具體闡述了紅外線的概念及其作用，以期為紅外線技術(shù)的研究和應(yīng)用提供參考。

一、紅外線技術(shù)的概念

光波是電磁波的一種，依據(jù)不同的波長可以將電磁波劃分為X射線，Y射線，紫外線，可見光、紅外線，微波及無線電波等。紅外線的波長在0.8-1000微米之間，根據(jù)不同的波長還可將紅外線分為近紅外線、中紅外線和遠紅外線，近紅外線的波長范圍在0.8到2.5微米之間，中紅外線的波長范圍在2.5到50微米之間，遠紅外線的波長則在50到1000微米之間。人的肉眼能直接觀測到波長為760nm的紅光，而普通膠片能接收的紅光波長在700nm以下。紅外光譜區(qū)的范圍較廣，包含了從可見的紅光長波端到無線電超短波區(qū)的范圍。光譜中的紅外區(qū)分為三個部分，分別為近紅外區(qū)、中紅外區(qū)和遠紅外區(qū)，整個紅外區(qū)的波長范圍為780nm～106nm，近紅外區(qū)的范圍為780nm～1500nm，中紅外區(qū)和遠紅外區(qū)的范圍分別為（1.5～3）×103 um、（3×103）nm以上。任何一種物質(zhì)分子進行熱運動，不管是振動還是轉(zhuǎn)動都會產(chǎn)生紅外熱輻射。進行熱運動產(chǎn)生的溫度與輻射波長成反比，溫度越高，波長越短，反之則越長[1] 。

二、紅外線技術(shù)的作用

（一）紅外線在介質(zhì)中的傳播

紅外線雖然是不可見光，與可見光有一定的區(qū)別，但在光學規(guī)律的遵循上是一致的。比如，首先紅外線具有波粒二象性，它能在任何均勻介質(zhì)中傳播，即使是真空也能傳播，紅外線在沒有吸收或是散射的情況下可以進行直線傳播；其次，紅外線具有幾何光學的特性，包括反射、散射、折射、干涉等；最后，紅外線之所以能發(fā)光，是因為其組成物質(zhì)中的分子、電子、原子會進行熱運動，包括振動和轉(zhuǎn)動，它的組成物質(zhì)能夠吸收光能、熱能、化學能和電能等，這些能源都能為它提供能量，從而促成發(fā)光。

（二）光化學作用

光輻射具有光化學作用，之所以產(chǎn)生光化學作用離不開光子的能量，光化學作用也與光子能量之間有著密切的關(guān)系，光子能量會隨著波長λ的增大減少，此時光輻射的光化學作用則會隨著光子能量的減少而變?nèi)酢τ诩t外線而言，它的光子能量一般都小于200千焦/摩爾，與其它光輻射相比光子能量很小，也因此對一般的物質(zhì)不能產(chǎn)生光化學作用，如普通鹵化銀感光材料，它的化學鍵能大小范圍在200到400千焦/摩爾之間，超過了紅外線的光子能量，紅外線無法對其產(chǎn)生光化學作用。紅外線若是要對材料產(chǎn)生感光作用，只能通過光譜增感的方式制作成紅外線膠片，但目前制成的也只能對小于1350nm的發(fā)生作用，且不易保存[2] 。

（三）光電作用

紅外線和紫外線都能與物質(zhì)相互產(chǎn)生作用，如光電作用，通過紅外線與物質(zhì)之間的這種光電作用能夠達到轉(zhuǎn)換光電的目的，從而為探測不可見光的探測器制造提供依據(jù)。光電轉(zhuǎn)換器有自己的轉(zhuǎn)換原理，通過紅外線濾光鏡、光學透鏡，經(jīng)物體反射的紅外線能夠形成一種光學影像，這種光學影像投射光電陰極上，光電陰極是由銀氧銫材料這種對紅外線十分敏感的材料制成的，光電陰極由于光電的作用使得其表面有電子發(fā)射出，陰極表面上每一點發(fā)射的電子數(shù)與照射在發(fā)射電子的這一點的光輻射能量是成正比的?；诖斯怆婈帢O所發(fā)射的電子位置與光學影像的亮點位置是一致的。經(jīng)過電場的光電陰極發(fā)射的電子會加速，且磁透鏡會使這些電子聚焦，通過電場和磁透鏡的加速和聚焦作用電子會到達熒光屏，對熒光屏產(chǎn)生作用，使其發(fā)出可見光。同樣熒光屏上可見光的亮點位置也與電子的分布位置分布是成正比的，因此也就與物體反射紅外線的亮點位置成正比，相一致，從而就可以使物體反射的紅外圖像向可視圖像的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)。通過光電轉(zhuǎn)換的原理的應(yīng)用，人們可以實現(xiàn)不可見的紅外線影像向可視影像的轉(zhuǎn)換，從而發(fā)明出“夜視儀”。

紅外攝像管（CCD）與變換管在成像原理上是有區(qū)別的，紅外攝像管的成像是先轉(zhuǎn)換為電信號，再將電信號轉(zhuǎn)換為光學影像，顯示在監(jiān)視器上。它具有放大電信號的作用，可以根據(jù)實際需要放大微弱信號呈現(xiàn)出清晰的光學影像[3] 。

以上都是紅外線技術(shù)利用光電作用在在公安科技上的應(yīng)用，紅外線技術(shù)也因其獨特作用而廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，如醫(yī)學、植物學、動物學、生物學等。

三、結(jié)語

綜上所述，紅外線具有可直線傳播、可通過光學透鏡聚焦、可調(diào)節(jié)強度、可被不透明物遮蔽等特點。且能產(chǎn)生光化學作用和光電作用?；诖?，紅外線技術(shù)能夠在實際中得到廣泛應(yīng)用，并促進各領(lǐng)域的快速發(fā)展。

參考文獻：

[1] 梁松.通信系統(tǒng)中紅外線技術(shù)分析[J].數(shù)字通信世界，2018（06）：70-71.

[2] 尼瑪.探究紅外線的性質(zhì)及應(yīng)用[J].西藏科技，2011（09）：70-71.

[3] 聞捷.紅外線及其應(yīng)用[J].影像技術(shù)，2002（02）：55.

作者簡介：

伍佳（1997-），男，湖南武岡，空軍工程大學本科在讀，航空工程學院，彈藥工程。

（作者單位：陜西西安空軍工程大學）