Infrarrojos
Visión nocturnaEditar
El infrarrojo se utiliza en los equipos de visión nocturna cuando no hay suficiente luz visible para ver. Los dispositivos de visión nocturna funcionan mediante un proceso que implica la conversión de los fotones de la luz ambiental en electrones que luego se amplifican mediante un proceso químico y eléctrico y se vuelven a convertir en luz visible. Las fuentes de luz infrarroja pueden utilizarse para aumentar la luz ambiental disponible para su conversión por parte de los dispositivos de visión nocturna, aumentando la visibilidad en la oscuridad sin utilizar realmente una fuente de luz visible.
El uso de la luz infrarroja y de los dispositivos de visión nocturna no debe confundirse con la imagen térmica, que crea imágenes basadas en las diferencias de temperatura de la superficie mediante la detección de la radiación infrarroja (calor) que emana de los objetos y de su entorno.
TermografíaEditar
La radiación infrarroja puede utilizarse para determinar a distancia la temperatura de los objetos (si se conoce la emisividad). Esto se denomina termografía, o en el caso de objetos muy calientes en el NIR o visible se denomina pirometría. La termografía (imagen térmica) se utiliza principalmente en aplicaciones militares e industriales, pero la tecnología está llegando al mercado público en forma de cámaras infrarrojas en los coches debido a la gran reducción de los costes de producción.
Las cámaras termográficas detectan la radiación en el rango infrarrojo del espectro electromagnético (aproximadamente entre 9.000 y 14.000 nanómetros o 9-14 μm) y producen imágenes de esa radiación. Dado que la radiación infrarroja es emitida por todos los objetos en función de su temperatura, según la ley de la radiación del cuerpo negro, la termografía permite «ver» el entorno con o sin iluminación visible. La cantidad de radiación emitida por un objeto aumenta con la temperatura, por lo que la termografía permite ver las variaciones de temperatura (de ahí su nombre).
Imagen hiperespectralEditar
Una imagen hiperespectral es una «fotografía» que contiene un espectro continuo a través de un amplio rango espectral en cada píxel. Las imágenes hiperespectrales están ganando importancia en el campo de la espectroscopia aplicada, especialmente en las regiones espectrales NIR, SWIR, MWIR y LWIR. Las aplicaciones típicas incluyen mediciones biológicas, mineralógicas, de defensa e industriales.
Las imágenes hiperespectrales en el infrarrojo térmico pueden realizarse de forma similar utilizando una cámara termográfica, con la diferencia fundamental de que cada píxel contiene un espectro LWIR completo. En consecuencia, la identificación química del objeto puede realizarse sin necesidad de una fuente de luz externa, como el Sol o la Luna. Este tipo de cámaras se aplican normalmente para mediciones geológicas, vigilancia en exteriores y aplicaciones de vehículos aéreos no tripulados.
Otras imágenesEditar
En la fotografía infrarroja, se utilizan filtros infrarrojos para capturar el espectro del infrarrojo cercano. Las cámaras digitales suelen utilizar bloqueadores de infrarrojos. Las cámaras digitales más baratas y los teléfonos con cámara tienen filtros menos eficaces y pueden «ver» el infrarrojo cercano intenso, apareciendo como un color blanco púrpura brillante. Esto es especialmente grave cuando se toman fotos de sujetos cerca de zonas con luz infrarroja (como cerca de una lámpara), donde la interferencia infrarroja resultante puede lavar la imagen. También existe una técnica llamada imagen de «rayos T», que consiste en obtener imágenes utilizando el infrarrojo lejano o la radiación de terahercios. La falta de fuentes luminosas puede hacer que la fotografía en terahercios sea más difícil que la mayoría de las demás técnicas de obtención de imágenes infrarrojas. Recientemente, las imágenes de rayos T han despertado un gran interés debido a una serie de nuevos desarrollos, como la espectroscopia de terahercios en el dominio del tiempo.
RastreoEdit
El rastreo infrarrojo, también conocido como homing infrarrojo, se refiere a un sistema de guiado pasivo de misiles, que utiliza la emisión de un objetivo de radiación electromagnética en la parte infrarroja del espectro para rastrearlo. Los misiles que utilizan la búsqueda por infrarrojos suelen denominarse «buscadores de calor», ya que el infrarrojo (IR) está justo por debajo del espectro visible de la luz en frecuencia y es irradiado fuertemente por los cuerpos calientes. Muchos objetos, como las personas, los motores de los vehículos y los aviones, generan y retienen calor y, como tales, son especialmente visibles en las longitudes de onda infrarrojas de la luz en comparación con los objetos del fondo.
CalefacciónEditar
La radiación infrarroja puede utilizarse como fuente de calor deliberada. Por ejemplo, se utiliza en las saunas de infrarrojos para calentar a los ocupantes. También puede utilizarse en otras aplicaciones de calefacción, como para eliminar el hielo de las alas de los aviones (deshielo). La radiación infrarroja se utiliza en la cocina, lo que se conoce como asar a la parrilla o a la plancha. Una de las ventajas energéticas es que la energía IR calienta sólo los objetos opacos, como los alimentos, en lugar del aire que los rodea.
El calentamiento por infrarrojos también se está haciendo más popular en los procesos de fabricación industrial, por ejemplo, el curado de revestimientos, el conformado de plásticos, el recocido, la soldadura de plásticos y el secado de impresiones. En estas aplicaciones, los calentadores infrarrojos sustituyen a los hornos de convección y al calentamiento por contacto.
La eficiencia se consigue adaptando la longitud de onda del calentador infrarrojo a las características de absorción del material.
EnfriamientoEditar
Una variedad de tecnologías o tecnologías propuestas aprovechan las emisiones infrarrojas para enfriar edificios u otros sistemas. La región LWIR (8-15 μm) es especialmente útil ya que parte de la radiación en estas longitudes de onda puede escapar al espacio a través de la atmósfera.
ComunicacionesEditar
La transmisión de datos por IR también se emplea en la comunicación de corto alcance entre periféricos de ordenador y asistentes digitales personales. Estos dispositivos suelen ajustarse a los estándares publicados por IrDA, la Asociación de Datos por Infrarrojos. Los mandos a distancia y los dispositivos IrDA utilizan diodos emisores de luz infrarroja (LED) para emitir radiación infrarroja que puede ser concentrada por una lente en un haz que el usuario apunta al detector. El haz se modula, es decir, se enciende y apaga, según un código que el receptor interpreta. Por lo general, se utiliza el infrarrojo cercano (por debajo de 800 nm) por razones prácticas. Esta longitud de onda se detecta eficazmente mediante fotodiodos de silicio de bajo coste, que el receptor utiliza para convertir la radiación detectada en una corriente eléctrica. Esa señal eléctrica pasa por un filtro de paso alto que retiene las pulsaciones rápidas debidas al transmisor de infrarrojos, pero filtra la radiación infrarroja de cambio lento procedente de la luz ambiental. Las comunicaciones por infrarrojos son útiles para su uso en interiores en zonas de alta densidad de población. Los infrarrojos no atraviesan las paredes y, por tanto, no interfieren con otros dispositivos situados en habitaciones contiguas. Los protocolos de control remoto por infrarrojos, como el RC-5 o el SIRC, se utilizan para comunicarse por infrarrojos.
La comunicación óptica en el espacio libre mediante láseres infrarrojos puede ser una forma relativamente barata de instalar un enlace de comunicaciones en una zona urbana que funcione a una velocidad de hasta 4 gigabits/s, en comparación con el coste de enterrar un cable de fibra óptica, salvo por los daños causados por la radiación. «Dado que el ojo no puede detectar los infrarrojos, parpadear o cerrar los ojos para ayudar a prevenir o reducir los daños puede no ocurrir»
Los láseres infrarrojos se utilizan para proporcionar la luz para los sistemas de comunicaciones de fibra óptica. La luz infrarroja con una longitud de onda en torno a los 1.330 nm (menor dispersión) o los 1.550 nm (mejor transmisión) son las mejores opciones para las fibras de sílice estándar.
La transmisión de datos por infrarrojos de versiones de audio codificadas de señales impresas se está investigando como ayuda para personas con discapacidad visual a través del proyecto RIAS (Remote Infrared Audible Signage).La transmisión de datos por infrarrojos de un dispositivo a otro se denomina a veces beaming.
EspectroscopiaEditar
La espectroscopia vibracional infrarroja (véase también espectroscopia del infrarrojo cercano) es una técnica que puede utilizarse para identificar moléculas mediante el análisis de sus enlaces constitutivos. Cada enlace químico de una molécula vibra a una frecuencia característica de ese enlace. Un grupo de átomos de una molécula (por ejemplo, CH2) puede tener múltiples modos de oscilación causados por los movimientos de estiramiento y flexión del grupo en su conjunto. Si una oscilación provoca un cambio de dipolo en la molécula, ésta absorberá un fotón que tenga la misma frecuencia. Las frecuencias de vibración de la mayoría de las moléculas corresponden a las frecuencias de la luz infrarroja. Normalmente, la técnica se utiliza para estudiar compuestos orgánicos utilizando la radiación de luz del infrarrojo medio, 4.000-400 cm-1. Se registra un espectro de todas las frecuencias de absorción de una muestra. Esto puede utilizarse para obtener información sobre la composición de la muestra en términos de grupos químicos presentes y también de su pureza (por ejemplo, una muestra húmeda mostrará una amplia absorción O-H alrededor de 3200 cm-1). La unidad para expresar la radiación en esta aplicación, cm-1, es el número de onda espectroscópico. Es la frecuencia dividida por la velocidad de la luz en el vacío.
Metrología de películas delgadasEditar
En la industria de los semiconductores, la luz infrarroja puede utilizarse para caracterizar materiales como películas delgadas y estructuras de trincheras periódicas. Midiendo la reflectancia de la luz desde la superficie de una oblea semiconductora, se puede determinar el índice de refracción (n) y el coeficiente de extinción (k) mediante las ecuaciones de dispersión de Forouhi-Bloomer. La reflectancia de la luz infrarroja también puede utilizarse para determinar la dimensión crítica, la profundidad y el ángulo de la pared lateral de las estructuras de zanja de alta relación de aspecto.
MeteorologíaEditar
Los satélites meteorológicos equipados con radiómetros de barrido producen imágenes térmicas o infrarrojas, que pueden permitir a un analista capacitado determinar las alturas y los tipos de nubes, calcular las temperaturas de la tierra y del agua superficial, y localizar las características de la superficie del océano. El escaneo suele ser en el rango de 10,3-12,5 μm (canales IR4 e IR5).
Las nubes con cimas altas y frías, como los ciclones o los cumulonimbos, aparecen en rojo o negro, las nubes más bajas y cálidas, como los estratos o estratocúmulos, aparecen en azul o gris, con las nubes intermedias sombreadas en consecuencia. Las superficies terrestres calientes aparecerán de color gris oscuro o negro. Una de las desventajas de las imágenes infrarrojas es que las nubes bajas, como los estratos o la niebla, pueden tener una temperatura similar a la de la superficie terrestre o marina circundante y no aparecen. Sin embargo, utilizando la diferencia de brillo del canal IR4 (10,3-11,5 μm) y el canal de infrarrojo cercano (1,58-1,64 μm), se pueden distinguir las nubes bajas, produciendo una imagen de satélite de niebla. La principal ventaja de los infrarrojos es que las imágenes pueden producirse por la noche, lo que permite estudiar una secuencia continua del tiempo.
Estas imágenes infrarrojas pueden representar remolinos o vórtices oceánicos y cartografiar corrientes como la del Golfo, que son valiosas para la industria naval. Los pescadores y agricultores están interesados en conocer las temperaturas de la tierra y del agua para proteger sus cultivos contra las heladas o aumentar sus capturas en el mar. Incluso se pueden detectar los fenómenos de El Niño. Utilizando técnicas de digitalización del color, las imágenes térmicas sombreadas en gris pueden convertirse en color para facilitar la identificación de la información deseada.
El canal principal de vapor de agua de 6,40 a 7,08 μm puede ser visualizado por algunos satélites meteorológicos y muestra la cantidad de humedad en la atmósfera.
ClimatologíaEdit
En el campo de la climatología, la radiación infrarroja atmosférica es monitoreada para detectar tendencias en el intercambio de energía entre la tierra y la atmósfera. Estas tendencias proporcionan información sobre los cambios a largo plazo en el clima de la Tierra. Es uno de los principales parámetros estudiados en la investigación sobre el calentamiento global, junto con la radiación solar.
En este campo de investigación se utiliza un pirgeómetro para realizar mediciones continuas en exteriores. Se trata de un radiómetro infrarrojo de banda ancha con sensibilidad para la radiación infrarroja entre 4,5 μm y 50 μm aproximadamente.
AstronomíaEdit
Los astrónomos observan objetos en la porción infrarroja del espectro electromagnético utilizando componentes ópticos, incluyendo espejos, lentes y detectores digitales de estado sólido. Por esta razón se clasifica como parte de la astronomía óptica. Para formar una imagen, los componentes de un telescopio infrarrojo deben estar cuidadosamente protegidos de las fuentes de calor, y los detectores se enfrían utilizando helio líquido.
La sensibilidad de los telescopios infrarrojos basados en la Tierra está significativamente limitada por el vapor de agua de la atmósfera, que absorbe una parte de la radiación infrarroja que llega del espacio fuera de las ventanas atmosféricas seleccionadas. Esta limitación puede paliarse parcialmente situando el observatorio del telescopio a gran altura, o transportando el telescopio en un globo o un avión. Los telescopios espaciales no sufren esta desventaja, por lo que el espacio exterior se considera el lugar ideal para la astronomía infrarroja.
La porción infrarroja del espectro tiene varias ventajas útiles para los astrónomos. Las frías y oscuras nubes moleculares de gas y polvo de nuestra galaxia brillarán con el calor radiado al ser irradiadas por las estrellas incrustadas. El infrarrojo también puede utilizarse para detectar protoestrellas antes de que empiecen a emitir luz visible. Las estrellas emiten una parte menor de su energía en el espectro infrarrojo, por lo que los objetos fríos cercanos, como los planetas, pueden detectarse más fácilmente. (En el espectro de luz visible, el resplandor de la estrella ahogará la luz reflejada de un planeta.)
La luz infrarroja también es útil para observar los núcleos de las galaxias activas, que a menudo están cubiertos de gas y polvo. Las galaxias lejanas con un alto desplazamiento al rojo tendrán la parte del pico de su espectro desplazada hacia longitudes de onda más largas, por lo que se observan más fácilmente en el infrarrojo.
Limpieza de infrarrojosEditar
La limpieza de infrarrojos es una técnica utilizada por algunos escáneres de películas cinematográficas, escáneres de películas y escáneres planos para reducir o eliminar el efecto del polvo y los arañazos en el escaneado final. Funciona recogiendo un canal infrarrojo adicional del escaneado en la misma posición y resolución que los tres canales de color visibles (rojo, verde y azul). El canal de infrarrojos, en combinación con los demás canales, se utiliza para detectar la ubicación de los arañazos y el polvo. Una vez localizados, esos defectos pueden corregirse mediante el escalado o sustituirse por el repintado.
Conservación y análisis de arteEditar
La reflectografía infrarroja puede aplicarse a las pinturas para revelar las capas subyacentes de forma node manera no destructiva, en particular el dibujo inferior del artista o el contorno dibujado como guía. Los conservadores de arte utilizan esta técnica para examinar las diferencias entre las capas visibles de pintura y el dibujo inferior o las capas intermedias (estas alteraciones se denominan pentimenti cuando las realiza el artista original). Esta información es muy útil para decidir si un cuadro es la versión principal del artista original o una copia, y si ha sido alterado por un trabajo de restauración demasiado entusiasta. En general, cuantos más pentimenti tenga un cuadro, más probable es que sea la versión original. También proporciona información útil sobre las prácticas de trabajo. La reflectografía suele revelar el uso de negro de humo por parte del artista, que se muestra bien en los reflectogramas, siempre que no se haya utilizado también en el fondo que subyace a toda la pintura.
Los recientes avances en el diseño de cámaras sensibles a los infrarrojos permiten descubrir y representar no sólo los repintes y los pentimenti, sino cuadros enteros que posteriormente fueron repintados por el artista. Ejemplos notables son Mujer planchando y Habitación azul de Picasso, donde en ambos casos se ha hecho visible el retrato de un hombre bajo la pintura tal y como se conoce hoy.
Los conservadores y científicos hacen usos similares de los infrarrojos en varios tipos de objetos, especialmente en documentos escritos muy antiguos como los Rollos del Mar Muerto, las obras romanas de la Villa de los Papiros y los textos de la Ruta de la Seda encontrados en las Cuevas de Dunhuang. El negro de humo utilizado en la tinta puede mostrarse extremadamente bien.
Sistemas biológicosEditar
La víbora de fosetas tiene un par de fosas sensoriales infrarrojas en la cabeza. Existe incertidumbre respecto a la sensibilidad térmica exacta de este sistema biológico de detección infrarroja.
Otros organismos que tienen órganos termorreceptores son las pitones (familia Pythonidae), algunas boas (familia Boidae), el murciélago vampiro común (Desmodus rotundus), una variedad de escarabajos joya (Melanophila acuminata), mariposas de pigmentación oscura (Pachliopta aristolochiae y Troides rhadamantus plateni), y posiblemente chinches chupasangre (Triatoma infestans).
Algunos hongos como Venturia inaequalis requieren luz cercana al infrarrojo para su expulsión
Aunque la visión cercana al infrarrojo (780-1.000 nm) se ha considerado imposible durante mucho tiempo debido al ruido en los pigmentos visuales, se ha informado de la sensación de luz cercana al infrarrojo en la carpa común y en tres especies de cíclidos. Los peces utilizan el NIR para capturar presas y para orientarse en la natación fototáctica. La sensación NIR en los peces puede ser relevante en condiciones de poca iluminación durante el crepúsculo y en aguas superficiales turbias.
FotobiomodulaciónEditar
La luz infrarroja cercana, o fotobiomodulación, se utiliza para el tratamiento de la ulceración oral inducida por la quimioterapia, así como para la curación de heridas. Hay algunos trabajos relacionados con el tratamiento de los virus del herpes. Los proyectos de investigación incluyen trabajos sobre los efectos de curación del sistema nervioso central a través de la regulación de la citocromo c oxidasa y otros posibles mecanismos.
Peligros para la saludEditar
La fuerte radiación infrarroja en determinados entornos industriales de alta temperatura puede ser peligrosa para los ojos, provocando daños o ceguera al usuario. Dado que la radiación es invisible, en estos lugares deben usarse gafas especiales a prueba de infrarrojos.