红外光

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缩写:IR光

定义:波长在750nm和1mm之间的不可见光。

红外光的波长大于700-800nm,即可见光的波长上限。二者的界限并不是很明确,在该区域眼睛的响应度非常缓慢的减小。尽管在700nm时响应度已经很低,但是当激光二极管的光足够强,波长为750nm时也是可以看到的。尽管这些光并不亮,但是对眼睛是有伤害的。红外光谱的上限也是没有明确的定义的,通常认为约等于1mm。

不同的红外光谱区域的定义为:

  • 近红外区域(也称为IR-A),波长从约700 nm到1400 nm。在这一波长区域工作的激光器对眼睛伤害很大,因为近红外光同可见光一样可以穿透并且聚焦于视网膜,但是不会引起起保护作用的眨眼反射。因此需要进行眼睛防护
  • 中红外光(MWIR)波长从3到8微米。大气对该波段的光有强烈的吸收,具有许多吸收线,例如二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)。许多气体具有很强的中红外吸收线,因此这一光谱区域的光可用于气体光谱学
  • 长波红外光(LWIR)波长从8到15微米,后面为远红外(FIR),波长范围到1 mm,有时认为从8微米开始。这一光谱区域可用于热成像。

一定要注意的是,实际中这些区域的定义有些变化。

许多玻璃对于近红外光是透明的,但是在更长波长时吸收很强,因为这时光子可以直接转化为声子。对于二氧化硅玻璃,强吸收发生在波长约为2微米时。

红外光也称为热辐射,因为热体的热辐射通常在红外波长范围内。即使在室温或者低于室温时,热体也会辐射很强的中红外和远红外光,可以用于热成像。例如,冬季供暖房子的红外成像可以显示屋内存在热泄漏(例如,在窗户、屋顶等),因此可以提高直接探测的效率。


红外辐射源

大多数激光器,例如Nd:YAG 激光器光纤激光器以及高功率激光二极管都会辐射近红外光。而产生中红外和远红外光谱的激光器则相对较少。二氧化碳激光器辐射的光为1060 nm和该区域内其它波长的光。固体中红外激光器的激光晶体存在的普遍问题是宿主介质有限的透明度,以及存在快速多光子跃迁过程取代激光跃迁过程;需要声子能量很低的晶体材料。低温铅盐激光器是早期经常采用的中红外光谱学光源,但是现在被量子级联激光器取代,该激光器甚至在室温时都能实现连续波工作。自由电子激光器可以用做宽带调谐的红外光光源。

红外光也可由非线性频率转换过程产生。例如,中红外光可由非线性晶体材料差频产生得到,或者由光学参量振荡器得到。可以参阅词条中红外激光器光源

普通的电灯泡辐射的红外光比可见光多,因此其功率转化效率只有5-10%。太阳光也包含很强的红外成分。


红外光探测

可以采用很多类型的光电探测器探测红外光。例如,采用半导体的光电二极管带隙能量足够小,这样载流子不仅能被光激光还能被热能量激发,因为在室温下光子能量比kBT大不了很多。因此,红外探测器需要冷却到足够低的温度来提高其灵敏度。红外相机也需要如此。

尤其是近红外光,存在红外线探测器,一些风景中辐射的红外线在红外敏感的光阴极上成像,并且显示出来,例如绿色。这些红外线探测器通常用于激光器实验室中用来追踪红外激光光束


参阅:中红外激光器光源量子级联激光器二氧化碳激光器紫外光