Infrarood
NachtzichtEdit
Infrarood wordt in nachtzichtapparatuur gebruikt wanneer er onvoldoende zichtbaar licht is om te zien. Nachtzichtapparatuur werkt door middel van een proces waarbij fotonen van omgevingslicht worden omgezet in elektronen, die vervolgens worden versterkt door een chemisch en elektrisch proces en vervolgens weer worden omgezet in zichtbaar licht. Infrarode lichtbronnen kunnen worden gebruikt om het beschikbare omgevingslicht voor omzetting door nachtzichtapparatuur te vergroten, waardoor het zicht in het donker wordt verbeterd zonder daadwerkelijk een zichtbare lichtbron te gebruiken.
Het gebruik van infrarood licht en nachtzichtapparatuur moet niet worden verward met thermische beeldvorming, waarbij beelden worden gemaakt op basis van verschillen in oppervlaktetemperatuur door het detecteren van infrarode straling (warmte) die afkomstig is van voorwerpen en de omgeving daarvan.
ThermografieEdit
Infraroodstraling kan worden gebruikt om op afstand de temperatuur van voorwerpen te bepalen (als de emissiviteit bekend is). Dit wordt thermografie genoemd, of in het geval van zeer hete voorwerpen in het NIR of zichtbaar, pyrometrie. Thermografie (warmtebeeldvorming) wordt vooral gebruikt in militaire en industriële toepassingen, maar de technologie bereikt nu ook de publieke markt in de vorm van infraroodcamera’s op auto’s, omdat de productiekosten sterk zijn gedaald.
Thermografische camera’s detecteren straling in het infrarode bereik van het elektromagnetische spectrum (ruwweg 9.000-14.000 nanometer of 9-14 μm) en produceren beelden van die straling. Aangezien alle voorwerpen infrarode straling uitzenden op basis van hun temperatuur, volgens de wet van de straling van het zwarte lichaam, maakt thermografie het mogelijk de omgeving te “zien”, met of zonder zichtbare verlichting. De hoeveelheid straling die door een voorwerp wordt uitgezonden neemt toe met de temperatuur, daarom kan men met thermografie variaties in temperatuur zien (vandaar de naam).
Hyperspectrale beeldvormingEdit
Een hyperspectrale afbeelding is een “plaatje” met een continu spectrum door een breed spectraal bereik bij elke pixel. Hyperspectrale beeldvorming wordt steeds belangrijker op het gebied van toegepaste spectroscopie, met name in de spectrale gebieden NIR, SWIR, MWIR en LWIR. Typische toepassingen zijn biologische, mineralogische, defensie- en industriële metingen.
Hyperspectrale beeldvorming voor thermisch infrarood kan op soortgelijke wijze worden uitgevoerd met een thermografische camera, met het fundamentele verschil dat elke pixel een volledig LWIR-spectrum bevat. Bijgevolg kan de chemische identificatie van het object worden uitgevoerd zonder dat een externe lichtbron zoals de zon of de maan nodig is. Dergelijke camera’s worden doorgaans toegepast voor geologische metingen, bewaking buitenshuis en UAV-toepassingen.
Andere beeldvormingEdit
In infraroodfotografie worden infraroodfilters gebruikt om het nabij-infraroodspectrum vast te leggen. Digitale camera’s maken vaak gebruik van infraroodblokkers. Goedkopere digitale camera’s en telefoons met camera hebben minder effectieve filters en kunnen intens bijna-infrarood “zien”, dat verschijnt als een heldere paars-witte kleur. Dit komt vooral tot uiting bij het fotograferen van onderwerpen in de buurt van heldere infraroodgebieden (zoals bij een lamp), waar de resulterende infraroodinterferentie het beeld kan doen vervagen. Er is ook een techniek die “T-ray” beeldvorming wordt genoemd, waarbij gebruik wordt gemaakt van ver-infrarode of terahertzstraling. Bij gebrek aan heldere bronnen kan terahertz-fotografie een grotere uitdaging vormen dan de meeste andere infraroodbeeldvormingstechnieken. De laatste tijd staat de terahertz-beeldvorming sterk in de belangstelling door een aantal nieuwe ontwikkelingen zoals de terahertz-tijddomein-spectroscopie.
TrackingEdit
Infrarood tracking, ook wel infrarood homing genoemd, verwijst naar een passief geleidingssysteem voor raketten, dat gebruik maakt van de emissie door een doelwit van elektromagnetische straling in het infrarode deel van het spectrum om het te volgen. Raketten die gebruik maken van infraroodzoeken worden vaak “warmtezoekers” genoemd, aangezien infrarood (IR) in frequentie net onder het zichtbare lichtspectrum ligt en sterk wordt uitgestraald door hete lichamen. Veel voorwerpen zoals mensen, voertuigmotoren en vliegtuigen genereren warmte en houden die vast, en zijn als zodanig vooral zichtbaar in de infrarode golflengten van het licht in vergelijking met voorwerpen op de achtergrond.
VerwarmingEdit
Infraroodstraling kan worden gebruikt als doelbewuste verwarmingsbron. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt in infraroodsauna’s om de bewoners te verwarmen. Het kan ook worden gebruikt voor andere verwarmingstoepassingen, zoals het verwijderen van ijs van de vleugels van vliegtuigen (ijsvrij maken). Infraroodstraling wordt gebruikt bij het koken, bekend als braden of grillen. Een energievoordeel is dat de IR-energie alleen ondoorschijnende voorwerpen, zoals voedsel, verwarmt, in plaats van de lucht eromheen.
Infraroodverwarming wordt ook steeds populairder in industriële fabricageprocessen, b.v. uitharding van coatings, vormen van kunststoffen, gloeien, lassen van kunststoffen, en drogen van drukwerk. In deze toepassingen vervangen infraroodverwarmers convectieovens en contactverwarming.
Efficiëntie wordt bereikt door de golflengte van de infraroodverwarming af te stemmen op de absorptiekenmerken van het materiaal.
KoelingEdit
Een verscheidenheid van technologieën of voorgestelde technologieën maakt gebruik van infraroodemissies om gebouwen of andere systemen te koelen. Het LWIR-gebied (8-15 μm) is vooral nuttig omdat sommige straling op deze golflengten via de atmosfeer de ruimte in kan ontsnappen.
CommunicatieEdit
IR-datatransmissie wordt ook toegepast bij korte-afstandscommunicatie tussen computerrandapparatuur en persoonlijke digitale assistenten. Deze apparaten voldoen meestal aan de normen die zijn gepubliceerd door IrDA, de Infrared Data Association. Afstandsbedieningen en IrDA-apparaten gebruiken infrarode lichtgevende diodes (LED’s) om infrarode straling uit te zenden die door een lens kan worden geconcentreerd in een bundel die de gebruiker op de detector richt. De straal wordt gemoduleerd, d.w.z. in- en uitgeschakeld, volgens een code die de ontvanger interpreteert. Om praktische redenen wordt meestal gebruik gemaakt van zeer nabijIR (minder dan 800 nm). Deze golflengte wordt efficiënt gedetecteerd door goedkope silicium-fotodiodes, die de ontvanger gebruikt om de gedetecteerde straling om te zetten in een elektrische stroom. Dat elektrische signaal wordt door een hoogdoorlaatfilter geleid, dat de snelle pulsaties van de IR-zender behoudt, maar de langzaam veranderende infrarode straling van het omgevingslicht wegfiltert. Infraroodcommunicatie is nuttig voor gebruik binnenshuis in gebieden met een hoge bevolkingsdichtheid. IR dringt niet door muren heen en stoort dus niet met andere apparaten in aangrenzende ruimten. Infrarood is de meest gebruikelijke manier voor afstandsbedieningen om apparaten te besturen.Voor de communicatie met infrarood worden infrarood-afstandsbedieningsprotocollen gebruikt, zoals RC-5, SIRC.
Vrije ruimte optische communicatie met behulp van infraroodlasers kan een relatief goedkope manier zijn om een communicatieverbinding in een stedelijk gebied te installeren die tot 4 gigabit/s werkt, vergeleken met de kosten van het ingraven van glasvezelkabel, afgezien van de stralingsschade. “Aangezien het oog geen IR kan detecteren, kan het knipperen of sluiten van de ogen om schade te voorkomen of te beperken, niet gebeuren.”
Infraroodlasers worden gebruikt om het licht te leveren voor optische vezelcommunicatiesystemen. Infrarood licht met een golflengte rond 1.330 nm (minste dispersie) of 1.550 nm (beste transmissie) zijn de beste keuzes voor standaard-silicavezels.
Infrarood-datatransmissie van gecodeerde audioversies van gedrukte borden wordt onderzocht als hulpmiddel voor visueel gehandicapten via het RIAS-project (Remote Infrared Audible Signage).De overdracht van IR-gegevens van het ene apparaat naar het andere wordt ook wel “beaming” genoemd.
SpectroscopieEdit
Infrarood-vibratiespectroscopie (zie ook Nabij-infrarood-spectroscopie) is een techniek die kan worden gebruikt om moleculen te identificeren door analyse van hun samenstellende bindingen. Elke chemische binding in een molecuul trilt met een frequentie die kenmerkend is voor die binding. Een groep atomen in een molecuul (b.v. CH2) kan meerdere oscillatiemodes hebben die worden veroorzaakt door de uitrekkende en buigende bewegingen van de groep als geheel. Als een oscillatie leidt tot een verandering van de dipool in het molecuul, dan zal het een foton absorberen dat dezelfde frequentie heeft. De trillingsfrequenties van de meeste moleculen komen overeen met de frequenties van infrarood licht. Gewoonlijk wordt de techniek gebruikt om organische verbindingen te bestuderen met lichtstraling uit het midden-infrarood, 4.000-400 cm-1. Een spectrum van alle absorptiefrequenties in een monster wordt geregistreerd. Dit kan worden gebruikt om informatie te verkrijgen over de samenstelling van het monster in termen van aanwezige chemische groepen en ook over de zuiverheid ervan (een nat monster zal bijvoorbeeld een brede O-H absorptie vertonen rond 3200 cm-1). De eenheid voor het uitdrukken van straling in deze toepassing, cm-1, is het spectroscopisch golfgetal. Het is de frequentie gedeeld door de snelheid van het licht in vacuüm.
Dunne-filmmetrologieEdit
In de halfgeleiderindustrie kan infrarood licht worden gebruikt om materialen zoals dunne films en periodieke sleufstructuren te karakteriseren. Door de reflectie van licht van het oppervlak van een halfgeleiderwafer te meten, kunnen de brekingsindex (n) en de extinctiecoëfficiënt (k) worden bepaald via de Forouhi-Bloomer dispersievergelijkingen. De reflectie van het infrarode licht kan ook worden gebruikt om de kritische dimensie, diepte, en zijwand hoek van hoge aspect ratio geul structuren te bepalen.
MeteorologieEdit
Weersatellieten die zijn uitgerust met scannende radiometers produceren thermische of infrarode beelden, waarmee een getrainde analist wolkenhoogten en -typen kan bepalen, land- en oppervlaktewatertemperaturen kan berekenen en oceaanoppervlaktekenmerken kan lokaliseren. Het scannen gebeurt meestal in het bereik van 10,3-12,5 μm (IR4- en IR5-kanalen).
Wolken met hoge en koude toppen, zoals cyclonen of cumulonimbuswolken, verschijnen rood of zwart, lagere warmere wolken zoals stratus of stratocumulus verschijnen als blauw of grijs, met tussenwolken dienovereenkomstig gearceerd. Warme landoppervlakken verschijnen als donkergrijs of zwart. Een nadeel van infraroodbeelden is dat lage bewolking, zoals stratus of mist, een temperatuur kan hebben die vergelijkbaar is met die van het omringende land- of zeeoppervlak en niet zichtbaar is. Door gebruik te maken van het verschil in helderheid van het IR4-kanaal (10,3-11,5 μm) en het nabij-infraroodkanaal (1,58-1,64 μm) kan lage bewolking echter worden onderscheiden, waardoor een mistsatellietbeeld ontstaat. Het grote voordeel van infrarood is dat de beelden ’s nachts kunnen worden gemaakt, zodat het weer continu kan worden bestudeerd.
Deze infraroodbeelden kunnen oceaanwervelingen of wervelingen in beeld brengen en stromingen zoals de Golfstroom, die waardevol zijn voor de scheepvaart, in kaart brengen. Vissers en boeren willen graag weten wat de temperatuur van land en water is om hun gewassen tegen vorst te beschermen of hun vangst uit zee te vergroten. Zelfs El Niño-fenomenen kunnen worden waargenomen. Met behulp van kleurgedigitaliseerde technieken kunnen de grijsgekleurde warmtebeelden in kleur worden omgezet om de gewenste informatie gemakkelijker te kunnen identificeren.
Het belangrijkste waterdampkanaal op 6,40 tot 7,08 μm kan door sommige weersatellieten in beeld worden gebracht en toont de hoeveelheid vocht in de atmosfeer.
KlimatologieEdit
In de klimatologie wordt de infrarode straling in de atmosfeer gevolgd om trends in de energie-uitwisseling tussen de aarde en de atmosfeer te ontdekken. Deze trends verschaffen informatie over langetermijnveranderingen in het klimaat van de aarde. Samen met de zonnestraling is het een van de belangrijkste parameters die worden bestudeerd bij het onderzoek naar de opwarming van de aarde.
Een pyrgeometer wordt in dit onderzoeksgebied gebruikt om continu buitenmetingen te verrichten. Dit is een breedband-infraroodradiometer met een gevoeligheid voor infrarode straling tussen ongeveer 4,5 μm en 50 μm.
AstronomyEdit
Astronomen nemen objecten waar in het infrarode deel van het elektromagnetische spectrum met behulp van optische componenten, waaronder spiegels, lenzen en digitale detectoren met een vaste staat. Om deze reden wordt het geclassificeerd als onderdeel van de optische astronomie. Om een beeld te kunnen vormen, moeten de onderdelen van een infraroodtelescoop zorgvuldig worden afgeschermd van warmtebronnen, en de detectoren worden gekoeld met vloeibaar helium.
De gevoeligheid van infraroodtelescopen op aarde wordt aanzienlijk beperkt door waterdamp in de atmosfeer, die een deel van de infrarode straling absorbeert die vanuit de ruimte buiten bepaalde atmosferische vensters terechtkomt. Deze beperking kan gedeeltelijk worden opgeheven door het observatorium van de telescoop op grote hoogte te plaatsen, of door de telescoop met een ballon of een vliegtuig mee de lucht in te nemen. Ruimtetelescopen hebben geen last van deze handicap, en daarom wordt de ruimte beschouwd als de ideale locatie voor infrarood-astronomie.
Het infrarode deel van het spectrum heeft verschillende nuttige voordelen voor astronomen. Koude, donkere moleculaire wolken van gas en stof in ons melkwegstelsel zullen gloeien van uitgestraalde warmte als ze worden bestraald door ingebedde sterren. Infrarood kan ook worden gebruikt om protosterren op te sporen voordat ze zichtbaar licht beginnen uit te stralen. Sterren zenden een kleiner deel van hun energie uit in het infraroodspectrum, zodat nabije koele objecten zoals planeten gemakkelijker kunnen worden waargenomen. (In het zichtbare lichtspectrum zal de schittering van de ster het weerkaatste licht van een planeet overstemmen.)
Infrarood licht is ook nuttig voor het waarnemen van de kernen van actieve sterrenstelsels, die vaak gehuld zijn in gas en stof. Bij verre sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving verschuift het piekgedeelte van hun spectrum naar langere golflengten, zodat ze gemakkelijker in het infrarood kunnen worden waargenomen.
InfraroodreinigingEdit
Infraroodreiniging is een techniek die door sommige bioscoopfilmscanners, filmscanners en flatbedscanners wordt gebruikt om het effect van stof en krassen op de voltooide scan te verminderen of te verwijderen. Het werkt door het verzamelen van een extra infraroodkanaal van de scan op dezelfde positie en resolutie als de drie zichtbare kleurkanalen (rood, groen en blauw). Het infrarode kanaal wordt, in combinatie met de andere kanalen, gebruikt om de plaats van krassen en stof te bepalen. Eenmaal gelokaliseerd, kunnen deze defecten worden gecorrigeerd door schalen of vervangen door overschilderen.
Kunstconservering en -analyse
Infrarood-reflectografie kan op schilderijen worden toegepast om onderliggende lagen te onthullen op een nietdestructieve manier, met name de ondertekening of omtrek van de kunstenaar die als leidraad is gebruikt. Kunstrestauratoren gebruiken de techniek om te onderzoeken hoe de zichtbare verflagen verschillen van de ondertekening of van de lagen daartussen (dergelijke wijzigingen worden pentimenti genoemd wanneer ze door de oorspronkelijke kunstenaar zijn aangebracht). Dit is zeer nuttige informatie om te bepalen of een schilderij de oorspronkelijke versie van de oorspronkelijke kunstenaar is of een kopie, en of het door overenthousiast restauratiewerk is veranderd. In het algemeen geldt dat hoe meer pentimenti, hoe waarschijnlijker het is dat een schilderij de eerste versie is. Het geeft ook nuttige inzichten in de werkpraktijken. Reflectografie onthult vaak het gebruik van carbon black door de kunstenaar, dat goed te zien is in reflectogrammen, zolang het niet ook is gebruikt in de ondergrond van het hele schilderij.
De recente vooruitgang in het ontwerp van infrarood-gevoelige camera’s maakt het mogelijk om niet alleen onderschilderingen en pentimenti te ontdekken en af te beelden, maar ook hele schilderijen die later door de kunstenaar zijn overschilderd. Opmerkelijke voorbeelden zijn Picasso’s Strijkende vrouw en Blauwe kamer, waar in beide gevallen een portret van een man zichtbaar is gemaakt onder het schilderij zoals het nu bekend is.
Soortgelijk gebruik van infrarood wordt door restauratoren en wetenschappers gemaakt op verschillende soorten voorwerpen, met name zeer oude geschreven documenten zoals de Dode Zee-rollen, de Romeinse werken in de Villa van de Papyri, en de Zijderoute-teksten die in de grotten van Dunhuang zijn gevonden. Carbon black, gebruikt in inkt, kan zeer goed te zien zijn.
Biologische systemenEdit
De pit adder heeft een paar infrarood sensory pits op zijn kop. Er bestaat onzekerheid over de exacte thermische gevoeligheid van dit biologische infrarood detectiesysteem.
Andere organismen met thermoreceptieve organen zijn pythons (familie Pythonidae), sommige boa’s (familie Boidae), de gewone vampiervleermuis (Desmodus rotundus), een aantal juweelkevers (Melanophila acuminata), donker gepigmenteerde vlinders (Pachliopta aristolochiae en Troides rhadamantus plateni), en mogelijk bloedzuigende wantsen (Triatoma infestans).
Sommige schimmels, zoals Venturia inaequalis, hebben bijna-infrarood licht nodig om uit te stoten
Hoewel bijna-infrarood zicht (780-1.000 nm) lange tijd onmogelijk werd geacht door ruis in visuele pigmenten, werd sensatie van bijna-infrarood licht gerapporteerd bij de gewone karper en bij drie cichlidensoorten. Vissen gebruiken NIR om prooien te vangen en voor fototactische zwemoriëntatie. NIR-sensatie bij vissen kan van belang zijn bij slechte lichtomstandigheden tijdens de schemering en in troebel oppervlaktewater.
Fotobiomodulatie
Naar-infrarood licht, of fotobiomodulatie, wordt gebruikt voor de behandeling van door chemotherapie veroorzaakte orale ulceratie en voor wondgenezing. Er is enig werk in verband met de behandeling van anti-herpesvirussen. Er wordt onder meer onderzoek gedaan naar de genezingseffecten van het centrale zenuwstelsel via upregulatie van cytochroom c-oxidase en andere mogelijke mechanismen.
Gezondheidsrisico’s
Sterke infraroodstraling in bepaalde industriële omgevingen met hoge temperaturen kan gevaarlijk zijn voor de ogen, met schade of blindheid voor de gebruiker als gevolg. Aangezien de straling onzichtbaar is, moet op dergelijke plaatsen een speciale IR-beschermingsbril worden gedragen.