Infrarouge
Le rayonnement infrarouge du ( IR ) est le rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde plus longtemps que cela de la lumière visible , mais plus court que cela des micro-ondes . Le nom signifie le " ; au-dessous du " rouge du ; (du latin infra , " ; below" ;), être rouge la couleur de la lumière visible avec la plus longue longueur d'onde. Le rayonnement infrarouge a des longueurs d'onde entre environ 750 ; nanomètre et 1 ; millimètre , enjambant cinq ordres de grandeur .
La formation image infrarouge est employée intensivement pour des buts militaires et de civil. Les applications militaires incluent l'acquisition d'objectifs , surveillance, autoguidant et dépistant. Les utilisations non militaires incluent l'analyse , la température à distance d'efficacité thermique de de sentant , court-se sont étendues la communication sans fil , la spectroscopie , et la prévision météorologique . L'astronomie infrarouge utilise les télescopes sonde-équipés pour pénétrer des régions poussiéreuses de l'espace, telles que les nuages moléculaires détectent les objets frais tels que les planètes et pour regarder fortement les objets de rouge-décalés par des débuts de l'univers .
Au niveau atomique du , l'énergie infrarouge obtient des modes vibratoires du dans une molécule par un changement du moment dipolaire , lui faisant une gamme de fréquence utile pour l'étude de ces états d'énergie. La spectroscopie infrarouge examine l'absorption et la transmission des photons dans la gamme infrarouge d'énergie, basées sur leur fréquence et intensité.
Origines de la limite
Le nom signifie le " ; au-dessous du red" ; ( latin infra, " ; below" ;), être rouge la couleur des plus longues longueurs d'onde de la lumière visible. La lumière d'IR a une plus longue longueur d'onde que cela de la lumière rouge. D'une plus longue des moyens longueur d'onde elle a une fréquence inférieure que le rouge, par conséquent le " ; below" ;.
Différentes régions dans l'infrarouge
Les objets émettent généralement le rayonnement infrarouge à travers un éventail des longueurs d'onde, mais seulement une région spécifique du spectre est d'intérêt parce que des sondes sont habituellement conçues pour rassembler seulement le rayonnement dans une largeur de bande spécifique. En conséquence, la bande infrarouge est souvent subdivisée en plus petites sections. La Commission internationale de sur l'illumination (cie) a recommandé la division du rayonnement optique dans les trois bandes suivantes :
l'IRA de
: 700 ; nm&ndash ; 1400 ; nanomètre
IR-B : 1400 ; nm&ndash ; 3000 ; nanomètre
IRC : 3000 ; nm&ndash ; 1 ; millimètre
Un arrangement utilisé généralement de subdivision est :
Near-infrared ( NIR , DIN l'IRA) : 0.4 ; µm dans la longueur d'onde, définie par l'absorption d'eau, et utilisée généralement dans la télécommunication optique de la fibre en raison des pertes à faible atténuation dans le milieu en verre de SiO2 (silice ). Les intensificateurs d'image sont sensibles à ce secteur du spectre. Les exemples incluent des dispositifs de vision nocturne tels que des lunettes de vision nocturne.
Infrarouge à ondes courtes de
( SWIR , DIN d'IR-B) : 1.4-3 ; µm, augmentations d'absorption d'eau de manière significative à 1,450 ; nanomètre.530 à 1,560 ; la gamme de nanomètre est la région spectrale dominante pour des télécommunications de fond
l'infrarouge de Mi-longueur d'onde de
( MWIR , DIN d'IRC) a également appelé l'infrarouge intermédiaire (IIR) : 3-8 ; µm. En technologie des missiles le 3-5 ; la partie de µm de cette bande est la fenêtre atmosphérique dans laquelle les têtes voyageuses missiles des « thermoguidés » passifs d'IR sont conçues pour fonctionner, autoguidant dessus à la signature d'IR des avions-cibles, typiquement la traînée d'échappement de réacteur.
infrarouge de Long-longueur d'onde de
( LWIR , DIN d'IRC) : 8&ndash ; 15 ; µm. C'est le " ; imaging" thermique ; région, dans laquelle les sondes peuvent obtenir une image complètement passive du monde extérieur basé sur les émissions thermiques seulement et n'exigeant aucune lumière externe ou source thermique telle que le soleil, la lune ou le bloc d'éclairage infrarouge. (FLIR ) les systèmes infrarouges progressistes emploient ce secteur du spectre. A parfois également appelé le " ; infrared." lointain ;
Infrarouge lointain de
(SAPIN ) : 15-1,000 ; µm (voir également le laser d'infrarouge lointain de )
NIR et SWIR s'appelle parfois le infrarouge reflété par tandis que MWIR et LWIR désigné parfois sous le nom de l'infrarouge thermique de . En raison de la nature du rayonnement de corps noir courbe, les objets « chauds » typiques, tels que des pots d'échappement, semblent souvent plus lumineux en MW comparé au même objet vu dans le LW.
Les astronomes divisent typiquement le spectre infrarouge comme suit :
de
près de : (0.7-1) au µm 5
mi : 5 au µm (de 25-40)
long : (25-40) au µm (de 200-350)
Ces divisions ne sont pas précises et peuvent varier selon la publication. Les trois régions sont employées pour l'observation de différentes températures ambiantes, et par conséquent de différents environnements dans l'espace.
Un troisième arrangement divise la bande basée sur la réponse de divers détecteurs :
près d'infrarouge ( NIR ) : de 0.0 micromètre (de la fin approximative de la réponse de l'oeil humain à cela du silicium)
Infrarouge d'onde courte ( SWIR ) : 1.0 à 3 micromètres (du découpé du silicium à celui de la fenêtre atmosphérique de MWIR. Couvertures d'InGaAs à environ 1.8 micromètre ; les sels moins sensibles de fil couvrent cette région
Mi-onduler l'infrarouge ( MWIR ) : 3 à 5 micromètres (définis par la fenêtre atmosphérique et couverts par antimoniure d'indium de et HgCdTe et partiellement par séléniure de plomb de )
Infrarouge grandes ondes ( LWIR ) : 8 à 12, ou 7 à 14 micromètres : la fenêtre atmosphérique (couverte par HgCdTe et Microbolometers
Très-long infrarouge de vague ( VLWIR ) : 12 à environ 30 micromètres, couverts par le silicium enduit
Ces divisions sont justifiées par la réponse humaine différente à ce rayonnement : près d'infrarouge est la région la plus proche dans la longueur d'onde du rayonnement discernable par l'oeil humain, mi et l'infrarouge lointain sont progressivement autre du régime évident . D'autres définitions suivent différents mécanismes physiques (émission fait une pointe, contre des bandes, l'absorption d'eau) et les plus nouveaux suivent des raisons techniques (les détecteurs communs de silicium sont sensibles environ à 1,050 ; nanomètre, alors que le sensibilité d'InGaAs la 'commence autour de 950 ; nanomètre et extrémités entre 1.700 et 2,600 ; nanomètre, selon la configuration spécifique). Malheureusement, les normes internationales avec ces caractéristiques ne sont pas actuellement disponibles.
La frontière entre la lumière visible et infrarouge n'est pas avec précision définie. L'oeil humain est nettement moins sensible à la lumière au-dessus de la longueur d'onde de 700 nanomètre, ainsi des fréquences plus courtes apportent les contributions insignifiantes aux scènes illuminées par des sources lumineuses communes. Mais en particulier la lumière intense (par exemple, de lasers ou de jour lumineux la lumière visible étant coupée par les gels colorés) peut être détectée jusqu'à approximativement 780 nanomètre, et sera perçue en tant que lumière rouge. Le début de l'infrarouge est défini (selon différentes normes) à de diverses valeurs typiquement entre 700 nanomètre et 800 nanomètre.
Bandes de télécommunication dans l'infrarouge
Dans les télécommunications optiques , la partie du spectre infrarouge qui est employé est divisée en plusieurs bandes basées sur la disponibilité des sources lumineuses, transmettant/matériaux absorbants (fibres) et détecteurs :
La chaleur
voient également :
du rayonnement thermique Le rayonnement infrarouge est populairement connu comme " ; heat" ; < ! --Ne font pas l'utilisation incorrecte de wikilink de la limite de corriger la signification. --> ou parfois " ; radiation" de la chaleur ; , depuis beaucoup de personnes attribuer tout le chauffage par rayonnement à la lumière infrarouge et/ou à tout le rayonnement infrarouge à être un résultat du chauffage. C'est une idée fausse répandue, puisque les ondes électromagnétiques légères et électromagnétiques de n'importe quelle fréquence chaufferont les surfaces qui les absorbent. La lumière infrarouge du Sun explique seulement 49% du chauffage de la terre, le repos provoqué par la lumière visible qui est absorbée alors a rerayonné à de plus longues longueurs d'onde. Lumière visible ou ultra-violet - l'émission des lasers peut carboniser le papier et les objets incandescently chauds émettent le rayonnement évident. Il est vrai que les objets à la température de pièce émettront le rayonnement de la plupart du temps concentré dans la bande de 8 à 12 micromètres, mais ce n'est pas distinct de l'émission de la lumière visible par les objets incandescents et de l'ultraviolet par encore des objets plus chauds (voir le corps noir et la loi de déplacement de Wien ).
La chaleur est énergie en forme passagère qui des écoulements dus à la différence de la température. À la différence de la chaleur transmise par la conduction thermique ou la convection thermique , le rayonnement peut propager par un vide .
Le concept de l'émissivité est important en comprenant les émissions infrarouges des objets. C'est une propriété d'une surface qui décrit comment ses émissions thermiques dévient de l'idéal d'un corps noir . Pour expliquer plus loin, deux objets à la même température physique « n'apparaîtront pas » la même température dans une image infrarouge s'ils ont des émissivités différentes.
Applications
Filtres infrarouges
voient également :
la vision nocturne Des filtres (IR) infrarouges peuvent être faits à partir de beaucoup de différents matériaux. Un type est fait de plastique de la polysulfone qui bloque plus de 99% du spectre de lumière visible des sources lumineuses « blanches » telles que les ampoules incandescentes de filament. Les filtres infrarouges permettent un maximum du rendement infrarouge tout en maintenant le covertness extrême. Actuellement en service autour du monde, des filtres infrarouges sont utilisés dans les applications commerciales de militaires, de police, industrielles et. Le maquillage unique du plastique tient compte de la longévité maximum et de la résistance thermique. Les filtres d'IR fournissent une solution efficace plus rentable et de périodes au-dessus de l'alternative standard de remplacement d'ampoule. Toutes les générations des dispositifs de vision nocturne sont considérablement augmentées avec l'utilisation des filtres d'IR.
Vision nocturne
voient également :
la vision nocturne L'infrarouge est employé dans l'équipement de vision nocturne quand il y a la lumière visible insuffisant à voir. Les dispositifs de vision nocturne fonctionnent par un processus impliquant la conversion des photons légers ambiants dans les électrons qui sont alors amplifiés par un produit chimique et un processus électrique et alors convertis de nouveau dans la lumière visible.
Thermographie
voient également :
la thermographie Le rayonnement infrarouge peut être employé pour déterminer à distance la température des objets (si l'émissivité est connue). Ceci se nomme la thermographie , ou dans le cas des objets très chauds dans le NIR ou évident ce se nomme Pyrometry . La thermographie (formation d'images thermiques) est principalement employée dans des applications militaires et industrielles mais la technologie atteint le marché public sous forme d'appareils-photo infrarouges sur des voitures dues aux coûts de production massivement réduits.
L'autre formation image
Dans la photographie à infrarouge , les filtres d'infrarouge de sont utilisés pour capturer le spectre near-infrared. Les appareils photo numériques meilleur marché infrarouges des dresseurs d'utilisation des appareils photo numériques souvent et les téléphones d'appareil-photo de ont les filtres moins efficaces et peuvent " ; see" ; near-infrared intense, apparaissant comme couleur pourpre-blanche lumineuse. C'est particulièrement prononcé en prenant des photos des sujets s'approchent des secteurs IR-lumineux (comme près d'une lampe), où l'interférence infrarouge en résultant peut effacer l'image. Il y a également une technique appelée le « la formation image de plateau », qui est formation image using le rayonnement de Terahertz d'infrarouge lointain ou de . Le manque de sources lumineuses rend la photographie de terahertz techniquement plus provocante que la plupart des autres techniques de formation image infrarouges. Récemment la formation image de plateau a été d'en raison d'intérêt considérable d'un certain nombre de nouveautés telles que la spectroscopie de temps-domaine de Terahertz de .
Cheminement
voient également :
l'autoguidage infrarouge Le cheminement infrarouge, également connu sous le nom d'autoguidage infrarouge, se rapporte à un système d'orientation passif de missile qui emploie l'émission d'une cible du rayonnement électromagnétique dans la partie infrarouge du spectre pour le dépister. Des missiles qui emploient la recherche infrarouge désigné souvent sous le nom du " ; la chaleur-seekers" ; , puisque l'infrarouge (IR) est juste au-dessous du spectre évident de la lumière dans la fréquence et est rayonné fortement par les corps chauds. Beaucoup d'objets tels que des personnes, des moteurs de véhicule et des avions produisent et maintiennent de la chaleur, et en soi, être particulièrement évident dans les longueurs d'onde infrarouges de la lumière comparées aux objets à l'arrière-plan.
Chauffage
voient également :
infrarouge du chauffage Le rayonnement infrarouge peut être employé comme source de chaleur délibérée. Par exemple il est employé dans les saunas infrarouges pour chauffer les occupants, et pour enlever également la glace des ailes des avions (dégivrage) de . Il gagne également la popularité comme méthode de chauffer des trottoirs d'asphalte en place pendant la nouvelle construction ou dans la réparation de l'asphalte endommagé. L'infrarouge peut être employé en nourriture à cuire et de chauffage pendant qu'il chauffe principalement les objets opaques et absorbants, plutôt que l'air autour de eux.
Le chauffage infrarouge devient également plus populaire dans des processus de fabrication industriels, par exemple traitant des enduits, formation des plastiques, recuit, soudure en plastique, séchage d'impression. Dans ces applications, les réchauffeurs infrarouges remplacent des fours de convection et entrent en contact avec le chauffage. L'efficacité est réalisée en assortissant la longueur d'onde du réchauffeur infrarouge aux caractéristiques d'absorption du matériel.
Communications
La transmission de données d'IR est également utilisée dans la communication à courte portée parmi des périphériques d'ordinateur et les aides numériques personnels que ces dispositifs se conforment habituellement aux normes ont édité par le IrDA , l'association infrarouge de données. Les télécommandes et les dispositifs d'IrDA utilisent les diodes électroluminescentes (LED) de infrarouge pour émettre le rayonnement infrarouge qui est focalisé par un objectif en plastique dans un faisceau étroit. Le faisceau est modulé par , c. commuté en marche et en arrêt, pour coder les données . Le récepteur utilise une photodiode du silicium pour convertir le rayonnement infrarouge en électrique courant. Il répond seulement au signal rapidement palpitant créé par l'émetteur, et filtre dehors le rayonnement infrarouge lentement changeant de la lumière ambiante. Les communications infrarouges sont utiles pour l'usage d'intérieur dans les secteurs de la densité de population élevée. L'IR ne pénètre pas des murs et ainsi n'interfère pas d'autres dispositifs dans les pièces voisines. L'infrarouge est la manière la plus commune pour les télécommandes aux appareils de commande.La communication optique de l'espace libre using les lasers infrarouges peut être une manière relativement peu coûteuse d'installer une liaison dans une opération de zones urbaines à jusqu'à 4 gigabit/s, comparés au coût d'enterrer le câble optique de fibre.
Des lasers infrarouges sont utilisés pour fournir la lumière pour les systèmes de communications de fibre optique du . La lumière infrarouge avec une longueur d'onde environ 1.330 nanomètre (moindre dispersion ) ou 1.550 nanomètre (la meilleure transmission) sont les meilleurs choix pour les fibres standard de la silice .
Spectroscopie
La spectroscopie vibratoire infrarouge (voir également le près de la spectroscopie infrarouge ) est une technique qui peut être employée pour identifier des molécules par l'analyse de leurs liens constitutifs. Chaque liaison chimique dans une molécule vibre à une fréquence qui est caractéristique de ce lien. Un groupe d'atomes dans une molécule (par exemple CH2) peut avoir des modes "MULTIPLE" de l'oscillation provoqués par les mouvements s'étendants et de recourbements du groupe dans son ensemble. Si une oscillation mène à un changement du dipöle dans la molécule, alors elle absorbera un photon qui a la même fréquence. Les fréquences vibratoires de la plupart des molécules correspondent aux fréquences de la lumière infrarouge. Typiquement, la technique est employée pour étudier les composés organiques using le rayonnement léger de 4000-400 cm-1, le mi-infrarouge. Un éventail de toutes les fréquences d'absorption dans un échantillon est enregistré. Ceci peut être employé pour obtenir des informations sur la composition témoin en termes de groupes chimiques présent et également sa pureté (par exemple un échantillon humide montrera une large absorption de l'OH autour de 3200cm-1).
Météorologie
Les satellites de temps équipés des radiomètres de balayage produisent les images thermiques ou infrarouges qui peuvent alors permettre à un analyste qualifié de déterminer des tailles et des types de nuage, pour calculer les températures de terre et d'eau de surface, et pour localiser les dispositifs extérieurs d'océan. Le balayage est typiquement dans le µm 10.5 de gamme (canaux IR4 et IR5).Le haut, froid nuage de glace tel que le Cirrus ou le cumulonimbus révèlent le nuage blanc et inférieur lumineux de réchauffeur tel que le stratus ou le Stratocumulus apparaissent en tant que gris avec les nuages intermédiaires ombragés en conséquence. Les surfaces chaudes de terre apparaîtront en tant que gris ou noir foncé. Un inconvénient de langage figuré infrarouge est que le bas nuage tel que le stratus ou le brouillard peut être une température semblable sur la surface environnante de terre ou de mer et ne révèle pas. Cependant using la différence dans l'éclat du canal IR4 (µm 10.5) et du canal near-infrared (µm 1.64), le bas nuage peut être distingué, produisant une image de satellite du brouillard de . L'avantage principal de l'infrarouge est que des images peuvent être produites la nuit, permettant à un ordre continu de temps d'être étudié.
Ces images infrarouges peuvent dépeindre des remous d'océan ou des vortexes et des courants de carte tels que le Gulf Stream qui sont valeur à l'industrie d'expédition. Les pêcheurs et les fermiers sont intéressés à savoir des températures de terre et d'eau pour protéger leurs récoltes contre le gel ou pour augmenter leur crochet de la mer. Même des phénomènes d'EL Niño peuvent être repérés. Using des techniques couleur-digitalisées, les images thermiques ombragées grises peuvent être converties en couleur pour une identification plus facile d'information désirée.
Climatologie
Dans le domaine de la climatologie, le rayonnement infrarouge atmosphérique est surveillé pour détecter des tendances dans l'échange d'énergie entre la terre et l'atmosphère. Ces tendances fournissent des informations sur les changements à long terme du climat de la terre. Il est l'un des paramètres primaires étudiés dans la recherche dans le réchauffement global ainsi que le rayonnement solaire .Un Pyrgeometer est utilisé dans ce domaine de recherche pour effectuer des mesures extérieures continues. C'est un radiomètre infrarouge à bande large avec la sensibilité pour le rayonnement infrarouge entre approximativement le µm 4.
Astronomie
voient également : Astronomie infrarouge ,
de l'astronomie d'infrarouge lointain de Les astronomes observent des objets dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique using les composants optiques, y compris des miroirs, des objectifs et des détecteurs numériques à semi-conducteur. Pour cette raison il est classifié en tant qu'élément de l'astronomie optique . Pour former une image, les composants d'un besoin infrarouge de télescope d'être soigneusement protégé des sources de chaleur, et des détecteurs sont refroidis using l'hélium liquide . La sensibilité des télescopes infrarouges Terre-basés est sensiblement limitée par la vapeur d'eau dans l'atmosphère, qui absorbe une partie du rayonnement infrarouge arrivant de l'espace dehors des fenêtres atmosphériques choisies que cette limitation peut être partiellement allégée en plaçant l'observatoire de télescope à une haute altitude, ou en portant le télescope en haut avec un ballon ou un avion. Les télescopes spatiaux ne souffrent pas de cet handicap, et ainsi l'espace extra-atmosphérique est considéré l'endroit idéal pour l'astronomie infrarouge.
La partie infrarouge du spectre a plusieurs avantages utiles pour des astronomes. Les nuages moléculaires froids et foncés du gaz et la poussière dans notre galaxie rougeoieront avec la chaleur rayonnée comme ils sont irradiés par les étoiles incorporées. L'infrarouge peut également être employé pour détecter le Protostars avant qu'ils commencent à émettre la lumière visible. Les étoiles émettent une plus petite partie de leur énergie dans le spectre infrarouge, ainsi des objets frais voisins tels que les planètes peuvent plus aisément être détectés. (Dans le spectre de lumière visible, la lueur de l'étoile noiera dehors la lumière réfléchie d'une planète.)
La lumière infrarouge est également utile pour observer les noyaux des galaxies actives qui sont souvent masquées en gaz et poussière. Les galaxies éloignées avec un déplacement vers le rouge élevé auront la partie maximale de leur spectre décalé vers de plus longues longueurs d'onde, ainsi elles plus aisément sont observées dans l'infrarouge.
Des utilisations semblables de l'infrarouge sont faites par des archéologues sur de divers types d'objets, particulièrement documents écrits très vieux tels que les rouleaux de mer morte , les travaux romains dans la villa de des papyrus , et les textes de route en soie trouvés dans les cavernes de Dunhuang de . Le noir de charbon utilisé en encre peut apparaître extrêmement bien.
Systèmes biologiques
La vipère de mine de est connue pour avoir deux puits sensoriels infrarouges sur sa tête. Il y a polémique au-dessus de la sensibilité thermique exacte de ce système de détection infrarouge biologique.D'autres organizations qui utilisent activement des thermorécepteurs sont les serpents à sonnettes (subfamily de de Crotalinae) et les boas (famille de de Boidae), la batte de vampire commune (rotundus de Desmodus de ), une série de coléoptères (acuminata de bijou de de Melanophila de ), papillons obscurément pigmentés (aristolochiae de Pachliopta de et plateni de rhadamathus de Troides de ), et probablement bogues blood-sucking (infestans de Triatoma de ).
La terre comme émetteur infrarouge
Le surface de s de la terre le la 'et le de nuages absorbent le rayonnement évident et invisible de du Sun et re-émettent une grande partie de l'énergie en tant qu'infrarouge de nouveau à l'atmosphère . Certaines substances dans l'atmosphère, principalement gouttelettes de nuage et vapeur de l'eau , mais également anhydride carbonique , méthane , protoxyde d'azote , hexafluorure de soufre de , et chlorofluorocarbones , absorbent cet infrarouge, et le rerayonnent dans toutes les directions incluant de nouveau à la terre. Ainsi l'effet de serre garde l'atmosphère et apprête beaucoup réchauffeur que si les amortisseurs infrarouges étaient absents de l'atmosphère.
Histoire de la science infrarouge
La découverte du rayonnement infrarouge est attribuée au William Herschel , l'astronome , au 19ème siècle tôt. Herschel a édité ses résultats en 1800 devant la société royale de de Londres . Herschel a employé un prisme au réfractent la lumière de du Sun et ont détecté l'infrarouge, au delà de la pièce rouge du du spectre, par une augmentation de la température enregistrée sur un thermomètre . Il a été étonné au résultat et les a appelés " ; Rays" calorifique ;. Le terme « infrarouge » n'est pas apparu jusque tard dedans au 19ème siècle.D'autres dates importantes incluent :.
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