ИК излучение

Подробности

Категория: Оптика

ИК излучение, ИК лучи: электромагнитное излучение, занимающее спектр. область между красным концом видимого излучения (с длиной волны l»0,74 мкм) и KB радиоизлучением (l=1 — 2 мм). ИК область спектра обычно условно разделяют на ближнюю (0,74—2,5 мкм), среднюю (2,5— 50 мкм) и далёкую (50—2000 мкм). И. и. открыто англ. учёным В. Гершелем (1800).

        Спектр И. и. (как и видимого излучения) может быть линейчатым (излучение возбуждённых атомов или ионов, т. е. атомные спектры), непрерывным (спектры излучения нагретых твёрдых и жидких тел) и полосатым (излучение возбуждённых молекул, т. е. молекулярные спектры).
        Оптические свойства в-в (прозрачность, коэфф. отражения, коэфф. преломления) в И. и., как правило, значительно отличаются от оптических свойств тел в видимой и УФ областях. Многие вещества, прозрачные для видимого света, оказываются непрозрачными в некоторых областях И. п., и наоборот. Так, слой воды толщиной в несколько см. непрозрачен для И. и. с l>1 мкм (поэтому вода часто используется как теплозащитный фильтр); пластинки Ge и Si, непрозрачные в видимой области, прозрачны в И. и. (Ge для l>1,8 мкм, Si для l>1,0 мкм); чёрная бумага прозрачна в далёкой ИК области. Вещества, прозрачные для И. и. и непрозрачные для видимого света, используются в качестве светофильтров при выделении И. и.

        Отражательная способность большинства металлов в И. и. значительно выше, чем в видимом свете, и возрастает с увеличением l . Например, коэфф. отражения Al, Au, Ag, Cu для И. и. с l=10 мкм достигает 98%. Жидкие и твёрдые неметаллические вещества обладают в ИК диапазоне l селективным отражением, причём положение максимумов отражения зависит от хим. состава вещества.

        Проходя через земную атмосферу, И. и. ослабляется в результате рассеяния и поглощения. Азот и кислород воздуха не поглощают И. и. и ослабляют его лишь в результате рассеяния, которое, однако, для И. и. значительно .меньше, чем для видимого света. Н2О, СO2, O3 и др. вещества, имеющиеся в атмосфере, селективно поглощают И. и. Особенно сильно поглощают И. и. пары воды (полосы поглощения Н2О расположены почти во всей ИК области спектра), а в средней ИК области — СО2. В приземных слоях атмосферы в средней ИК области имеется лишь небольшое число «окон», прозрачных для И. и. (рис.). Наличие в атмосфере взвешенных частиц дыма, пыли, мелких капель воды (дымка, туман) — приводит к дополнит. ослаблению И. и. в результате рассеяния его на этих частицах, причём величина рассеяния зависит от соотношения размеров частиц и l. При малых размерах частиц (возд. дымка) И. и. рассеивается меньше, чем видимое излучение (это используется в ИК фотографии).

        ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ Кривая пропускания атмосферы в области 0,75—14 мкм. «Окна» прозрачности: 2,0—2,5 мкм; 3,2—4,2 мкм; 4,5—5,2 мкм, 8,0 —13,5 мкм. Полосы поглощения с максимумами при l=0,93; 1,13; 1,40; 1,87; 2,74 мкм принадлежат парим воды; при l=2,7 и 4,26 мкм — углекислому газу и при l»9,5 мкм—озону.

    Источники И. и. Мощный источник И. и.— Солнце, ок. 50% его излучения лежит в ИК области. На И. и. приходится значит. доля (от 70 до 80%) энергии излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью. И. и. испускают угольная электрическая дуга и различные газоразрядные лампы. Для радиац. обогрева помещений применяют спирали из нихромовой проволоки, нагреваемые до температуры =950 К. В научных исследованиях применяют спец. источники И. п.: ленточные вольфрамовые лампы, штифт Нернста, глобар, ртутные лампы высокого давления и др. Излучение некоторых лазеров также лежит в ИК области спектра (напр., l лазеров на неодимовом стекле — 1,06 мкм, гелий-неоновых лазеров — 1,15 мкм и 3,39 мкм, СО2-лазеров — 10,6 мкм, ПП лазеров на InSb — 5 мкм; лазер на парах Н2O может излучать большое число линий в широкой ИК области, включая далёкую (120 и 220 мкм)).

Приёмники И. и. основаны на преобразовании энергии И. и. в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами. В тепловых приёмниках поглощённое И. и. вызывает повышение температуры термочувствительного элемента, которое и регистрируется. В фотоэлектрических приёмниках поглощённое И. и. приводит к появлению или изменению электрического тока или напряжения. Фотоэлектрические приёмники, в отличие от тепловых, являются селективными, т. е. чувствительными лишь в определеннной области спектра.

Применение И. и. Используют И. и. в научных исследованиях, при решении большого числа практических задач, в военном деле и пр. Спектры испускания и поглощения И. и. исследуют с целью изучения структуры электронной оболочки атомов, определения структуры молекул, а также для качеств. и количеств. спектрального анализа. Благодаря различию коэфф. рассеяния, отражения и пропускания тел в видимом и И. и. фотографии, полученные в И. п. обладают рядом особенностей по сравнению с обычной фотографией, напр. на ИК снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии. В промышленности И. и. применяется для сушки и нагрева материалов. На основе фотокатодов, чувствительных к И. и. (для l<1,3 мкм), созданы электронно-оптические преобразователи, в которых не видимое глазом ИК изображение объекта на фотокатоде преобразуется в видимое. На этом принципе построены различные приборы ночного видения (бинокли, прицелы и др.), позволяющие при облучении объектов И. и. от спец. источников вести наблюдение или прицеливание в полной темноте. При помощи высокочувствительных приёмников И. и. можно осуществлять теплопеленгацию объектов по их собственному И. и. и создавать системы самонаведения на цель снарядов и ракет. ИК локаторы и дальномеры позволяют обнаруживать в темноте объекты, температура которых выше температуры окружающего фона, и измерять расстояния до них. ИК лазеры, помимо научных целей, используются также для наземной и космической связи.