Podczerwień
Nocne widzenieEdit
Podczerwień jest stosowana w urządzeniach noktowizyjnych, gdy nie ma wystarczającej ilości światła widzialnego, aby widzieć. Urządzenia noktowizyjne działają w procesie obejmującym konwersję fotonów światła otoczenia na elektrony, które są następnie wzmacniane przez proces chemiczny i elektryczny, a następnie przekształcane z powrotem w światło widzialne. Źródła światła podczerwonego mogą być wykorzystywane do zwiększenia dostępnego światła otoczenia do konwersji przez noktowizory, zwiększając widoczność w ciemności bez użycia źródła światła widzialnego.
Użycia światła podczerwonego i noktowizorów nie należy mylić z obrazowaniem termicznym, które tworzy obrazy na podstawie różnic w temperaturze powierzchni poprzez wykrywanie promieniowania podczerwonego (ciepła), które emanuje z obiektów i ich otoczenia.
TermografiaEdit
Promieniowanie podczerwone może być wykorzystywane do zdalnego określania temperatury obiektów (jeśli znana jest ich emisyjność). Określa się to mianem termografii, a w przypadku bardzo gorących obiektów w zakresie NIR lub widzialnym mianem pirometrii. Termografia (obrazowanie termiczne) jest wykorzystywana głównie w zastosowaniach wojskowych i przemysłowych, ale technologia ta trafia na rynek publiczny w postaci kamer na podczerwień w samochodach ze względu na znacznie obniżone koszty produkcji.
Kamery termograficzne wykrywają promieniowanie w zakresie podczerwieni widma elektromagnetycznego (w przybliżeniu 9000-14000 nanometrów lub 9-14 μm) i wytwarzają obrazy tego promieniowania. Ponieważ promieniowanie podczerwone jest emitowane przez wszystkie obiekty w zależności od ich temperatury, zgodnie z prawem promieniowania ciała czarnego, termografia umożliwia „widzenie” otoczenia z lub bez oświetlenia widzialnego. Ilość promieniowania emitowanego przez obiekt wzrasta wraz z temperaturą, dlatego termografia pozwala zobaczyć zmiany temperatury (stąd nazwa).
Obrazowanie hiperspektralneEdit
Obraz hiperspektralny to „obraz” zawierający ciągłe widmo w szerokim zakresie spektralnym na każdym pikselu. Obrazowanie hiperspektralne zyskuje coraz większe znaczenie w dziedzinie spektroskopii stosowanej, szczególnie w regionach spektralnych NIR, SWIR, MWIR i LWIR. Typowe zastosowania obejmują pomiary biologiczne, mineralogiczne, obronne i przemysłowe.
Termiczne obrazowanie hiperspektralne w podczerwieni może być podobnie wykonane przy użyciu kamery termograficznej, z tą zasadniczą różnicą, że każdy piksel zawiera pełne widmo LWIR. W związku z tym identyfikacja chemiczna obiektu może być przeprowadzona bez konieczności użycia zewnętrznego źródła światła, takiego jak Słońce czy Księżyc. Takie kamery są zwykle stosowane do pomiarów geologicznych, nadzoru zewnętrznego i zastosowań UAV.
Inne obrazowanieEdit
W fotografii podczerwonej, filtry podczerwieni są używane do przechwytywania widma bliskiej podczerwieni. Aparaty cyfrowe często używają blokerów podczerwieni. Tańsze aparaty cyfrowe i telefony komórkowe mają mniej skuteczne filtry i mogą „widzieć” intensywną bliską podczerwień, pojawiającą się jako jasny fioletowo-biały kolor. Jest to szczególnie widoczne podczas fotografowania obiektów znajdujących się w pobliżu obszarów oświetlonych światłem podczerwonym (np. w pobliżu lampy), gdzie powstające zakłócenia podczerwieni mogą wypłukać obraz. Istnieje również technika zwana obrazowaniem „T-ray”, która polega na obrazowaniu z wykorzystaniem dalekiej podczerwieni lub promieniowania terahercowego. Brak jasnych źródeł może sprawić, że fotografia terahercowa jest trudniejsza niż większość innych technik obrazowania w podczerwieni. Ostatnio obrazowanie terahercowe cieszy się dużym zainteresowaniem ze względu na szereg nowych osiągnięć, takich jak terahercowa spektroskopia czasowo-domenowa.
TrackingEdit
Śledzenie w podczerwieni, znane również jako naprowadzanie w podczerwieni, odnosi się do pasywnego systemu naprowadzania pocisków, który wykorzystuje emisję z celu promieniowania elektromagnetycznego w podczerwonej części widma do śledzenia go. Pociski wykorzystujące podczerwień są często określane jako „heat-seekers”, ponieważ podczerwień (IR) jest nieco niższa od widzialnego spektrum światła pod względem częstotliwości i jest silnie promieniowana przez gorące ciała. Wiele obiektów, takich jak ludzie, silniki pojazdów i samoloty, generuje i zatrzymuje ciepło, i jako takie są szczególnie widoczne w podczerwonych długościach fal światła w porównaniu z obiektami w tle.
OgrzewanieEdit
Promieniowanie podczerwone może być wykorzystywane jako celowe źródło ogrzewania. Na przykład, jest ono wykorzystywane w saunach na podczerwień w celu ogrzania osób przebywających w saunie. Może być również wykorzystywane w innych zastosowaniach grzewczych, np. do usuwania lodu ze skrzydeł samolotów (odladzanie). Promieniowanie podczerwone jest wykorzystywane w gotowaniu, znanym jako gotowanie na rożnie lub grillowanie. Jedną z zalet energetycznych jest to, że energia podczerwieni ogrzewa tylko nieprzezroczyste obiekty, takie jak żywność, a nie powietrze wokół nich.
Grzanie podczerwienią staje się również coraz bardziej popularne w przemysłowych procesach produkcyjnych, np. utwardzanie powłok, formowanie tworzyw sztucznych, wyżarzanie, spawanie tworzyw sztucznych i suszenie druku. W tych zastosowaniach promienniki podczerwieni zastępują piece konwekcyjne i ogrzewanie kontaktowe.
Efektywność osiąga się poprzez dopasowanie długości fali promiennika podczerwieni do charakterystyki absorpcji materiału.
ChłodzenieEdit
Różne technologie lub proponowane technologie wykorzystują emisje podczerwieni do chłodzenia budynków lub innych systemów. Region LWIR (8-15 μm) jest szczególnie przydatny, ponieważ część promieniowania o tej długości fali może uciec w przestrzeń kosmiczną przez atmosferę.
KomunikacjaEdit
Przesyłanie danych w podczerwieni jest również stosowane w komunikacji krótkiego zasięgu pomiędzy urządzeniami peryferyjnymi komputera i osobistymi asystentami cyfrowymi. Urządzenia te są zazwyczaj zgodne ze standardami opublikowanymi przez IrDA (Infrared Data Association). Piloty i urządzenia IrDA wykorzystują diody emitujące światło podczerwone (LED) do emisji promieniowania podczerwonego, które może być skupione przez soczewkę w wiązkę skierowaną przez użytkownika na detektor. Wiązka ta jest modulowana, tzn. włączana i wyłączana, zgodnie z kodem, który interpretuje odbiornik. Zazwyczaj ze względów praktycznych stosuje się bardzo bliską podczerwień (poniżej 800 nm). Ta długość fali jest skutecznie wykrywana przez niedrogie fotodiody krzemowe, które są wykorzystywane przez odbiornik do przekształcenia wykrytego promieniowania na prąd elektryczny. Sygnał elektryczny jest przepuszczany przez filtr górnoprzepustowy, który zachowuje szybkie pulsacje wywołane przez nadajnik podczerwieni, ale odfiltrowuje wolno zmieniające się promieniowanie podczerwone pochodzące ze światła otoczenia. Komunikacja w podczerwieni jest przydatna do użytku wewnątrz pomieszczeń w obszarach o dużej gęstości zaludnienia. Podczerwień nie przenika przez ściany, a więc nie zakłóca pracy innych urządzeń w sąsiednich pomieszczeniach. Podczerwień jest najczęstszym sposobem dla pilotów do polecenia appliances.Infrared zdalnego sterowania protokoły takie jak RC-5, SIRC, są używane do komunikowania się z infrared.
Komunikacja optyczna w wolnej przestrzeni przy użyciu laserów podczerwieni może być stosunkowo niedrogim sposobem instalacji łącza komunikacyjnego w obszarze miejskim działającego z prędkością do 4 gigabitów/s, w porównaniu z kosztem zakopania światłowodu, z wyjątkiem szkód radiacyjnych. „Ponieważ oko nie może wykryć podczerwieni, mruganie lub zamykanie oczu, aby pomóc zapobiec lub zmniejszyć szkody może nie nastąpić.”
Lasery na podczerwień są używane do zapewnienia światła dla systemów komunikacji światłowodowej. Światło podczerwone o długości fali około 1,330 nm (najmniejsza dyspersja) lub 1,550 nm (najlepsza transmisja) to najlepszy wybór dla standardowych włókien krzemionkowych.
Przesyłanie danych w podczerwieni zakodowanych wersji dźwiękowych drukowanych znaków jest badane jako pomoc dla osób niedowidzących w ramach projektu RIAS (Remote Infrared Audible Signage).Przesyłanie danych w podczerwieni z jednego urządzenia do drugiego jest czasami określane jako beaming.
SpektroskopiaEdit
Spekroskopia wibracyjna w podczerwieni (patrz również spektroskopia w bliskiej podczerwieni) jest techniką, która może być używana do identyfikacji cząsteczek poprzez analizę ich wiązań składowych. Każde wiązanie chemiczne w cząsteczce wibruje z częstotliwością charakterystyczną dla tego wiązania. Grupa atomów w cząsteczce (np. CH2) może mieć wiele trybów oscylacji spowodowanych ruchami rozciągania i zginania grupy jako całości. Jeśli oscylacja prowadzi do zmiany dipola w cząsteczce, to będzie ona absorbować foton o tej samej częstotliwości. Częstotliwości drgań większości molekuł odpowiadają częstotliwościom światła podczerwonego. Zazwyczaj technika ta jest wykorzystywana do badania związków organicznych przy użyciu promieniowania świetlnego z zakresu średniej podczerwieni, 4000-400 cm-1. Rejestruje się widmo wszystkich częstotliwości absorpcji w próbce. Może to być wykorzystane do uzyskania informacji o składzie próbki pod względem obecnych w niej grup chemicznych, a także jej czystości (na przykład, mokra próbka wykaże szeroką absorpcję O-H w okolicach 3200 cm-1). Jednostka wyrażająca promieniowanie w tym zastosowaniu, cm-1, jest spektroskopową liczbą falową. Jest to częstotliwość podzielona przez prędkość światła w próżni.
Metrologia cienkich warstwEdit
W przemyśle półprzewodnikowym, światło podczerwone może być używane do charakteryzowania materiałów takich jak cienkie warstwy i struktury rowków okresowych. Mierząc odbicie światła od powierzchni płytki półprzewodnikowej, można określić współczynnik załamania (n) i współczynnik ekstynkcji (k) za pomocą równań dyspersji Forouhi-Bloomer. Odbicie światła podczerwonego może być również wykorzystane do określenia krytycznego wymiaru, głębokości i kąta nachylenia ścian bocznych struktur rowów o wysokim współczynniku kształtu.
MeteorologiaEdit
Satelity meteorologiczne wyposażone w radiometry skanujące wytwarzają obrazy termiczne lub podczerwone, które następnie mogą umożliwić wyszkolonemu analitykowi określenie wysokości i typów chmur, obliczenie temperatury lądu i wód powierzchniowych oraz zlokalizowanie cech powierzchni oceanu. Skanowanie odbywa się zazwyczaj w zakresie 10,3-12,5 μm (kanały IR4 i IR5).
Chmury o wysokich i zimnych wierzchołkach, takie jak cyklony lub chmury cumulonimbus, pojawiają się na czerwono lub czarno, niższe cieplejsze chmury, takie jak stratus lub stratocumulus pojawiają się jako niebieskie lub szare, a chmury pośrednie są odpowiednio cieniowane. Gorące powierzchnie lądowe będą widoczne jako ciemnoszare lub czarne. Jedną z wad obrazowania w podczerwieni jest to, że niskie chmury, takie jak stratus lub mgła, mogą mieć temperaturę podobną do otaczającej powierzchni lądu lub morza i nie są widoczne. Jednakże, wykorzystując różnicę w jasności kanału IR4 (10,3-11,5 μm) i kanału bliskiej podczerwieni (1,58-1,64 μm), niskie chmury mogą być rozróżnione, dając obraz satelitarny mgły. Główną zaletą podczerwieni jest to, że obrazy mogą być produkowane w nocy, co pozwala na ciągłe sekwencje pogody do zbadania.
Te zdjęcia w podczerwieni mogą przedstawiać wiry oceaniczne lub wiry i mapować prądy, takie jak Prąd Zatokowy, które są cenne dla przemysłu morskiego. Rybacy i rolnicy są zainteresowani wiedzą na temat temperatury ziemi i wody, aby chronić swoje uprawy przed mrozem lub zwiększyć swoje połowy z morza. Nawet zjawisko El Niño może zostać zauważone. Używając technik kolorowo-cyfrowych, obrazy termiczne w odcieniach szarości mogą być przekształcone na kolor, aby łatwiej było zidentyfikować pożądane informacje.
Główny kanał pary wodnej przy 6.40 do 7.08 μm może być obrazowany przez niektóre satelity meteorologiczne i pokazuje ilość wilgoci w atmosferze.
ClimatologyEdit
W dziedzinie klimatologii atmosferyczne promieniowanie podczerwone jest monitorowane w celu wykrycia trendów w wymianie energii między Ziemią a atmosferą. Trendy te dostarczają informacji o długoterminowych zmianach w klimacie Ziemi. Jest to jeden z podstawowych parametrów badanych w badaniach nad globalnym ociepleniem, wraz z promieniowaniem słonecznym.
Pirgeometr jest wykorzystywany w tej dziedzinie badań do wykonywania ciągłych pomiarów na zewnątrz. Jest to szerokopasmowy radiometr podczerwony o czułości dla promieniowania podczerwonego w zakresie od około 4,5 μm do 50 μm.
AstronomiaEdit
Astronomowie obserwują obiekty w podczerwonej części widma elektromagnetycznego używając elementów optycznych, w tym luster, soczewek i półprzewodnikowych detektorów cyfrowych. Z tego powodu jest ona klasyfikowana jako część astronomii optycznej. Aby utworzyć obraz, elementy teleskopu na podczerwień muszą być starannie osłonięte przed źródłami ciepła, a detektory są chłodzone przy użyciu ciekłego helu.
Czułość ziemskich teleskopów na podczerwień jest znacznie ograniczona przez parę wodną w atmosferze, która pochłania część promieniowania podczerwonego docierającego z kosmosu poza wybrane okna atmosferyczne. Ograniczenie to można częściowo zniwelować poprzez umieszczenie obserwatorium teleskopu na dużej wysokości lub wyniesienie teleskopu w górę za pomocą balonu lub samolotu. Teleskopy kosmiczne nie cierpią z powodu tego utrudnienia, dlatego przestrzeń kosmiczna jest uważana za idealne miejsce dla astronomii podczerwonej.
Podczerwona część widma ma kilka użytecznych zalet dla astronomów. Zimne, ciemne obłoki molekularne gazu i pyłu w naszej galaktyce będą świecić wypromieniowanym ciepłem, gdy zostaną napromieniowane przez osadzone w nich gwiazdy. Podczerwień może być również wykorzystywana do wykrywania protogwiazd, zanim zaczną one emitować światło widzialne. Gwiazdy emitują mniejszą część swojej energii w widmie podczerwonym, więc pobliskie chłodne obiekty, takie jak planety, mogą być łatwiej wykryte. (W spektrum światła widzialnego, blask gwiazdy zagłuszy światło odbite od planety.)
Światło podczerwone jest również przydatne do obserwacji rdzeni aktywnych galaktyk, które są często ukryte w gazie i pyle. Odległe galaktyki o dużym przesunięciu ku czerwieni będą miały szczytową część widma przesuniętą w kierunku dłuższych fal, więc łatwiej je zaobserwować w podczerwieni.
Czyszczenie w podczerwieniEdit
Czyszczenie w podczerwieni to technika stosowana przez niektóre skanery do filmów, skanery do filmów i skanery płaskie w celu zmniejszenia lub usunięcia efektu kurzu i zadrapań na gotowym skanie. Działa ona poprzez zbieranie dodatkowego kanału podczerwieni ze skanu w tej samej pozycji i rozdzielczości, co trzy kanały kolorów widzialnych (czerwony, zielony i niebieski). Kanał podczerwieni, w połączeniu z innymi kanałami, jest używany do wykrywania lokalizacji zadrapań i kurzu. Po zlokalizowaniu tych defektów można je skorygować przez skalowanie lub zastąpić przez inpainting.
Konserwacja i analiza dzieł sztukiEdit
Reflektografia w podczerwieni może być stosowana do obrazów w celu ujawnienia leżących pod nimi warstw w sposób nieniszczący.destrukcyjny sposób, w szczególności rysunek artysty lub kontur narysowany jako przewodnik. Konserwatorzy sztuki wykorzystują tę technikę do badania, w jaki sposób widoczne warstwy farby różnią się od podrysów lub warstw pomiędzy nimi (takie zmiany nazywane są pentimenti, gdy zostały dokonane przez oryginalnego artystę). Jest to bardzo przydatna informacja przy podejmowaniu decyzji, czy obraz jest pierwotną wersją oryginalnego artysty, czy też kopią i czy nie został zmieniony przez zbyt entuzjastyczne prace konserwatorskie. Ogólnie rzecz biorąc, im więcej pentimenti, tym większe prawdopodobieństwo, że obraz jest wersją pierwotną. Daje to również użyteczny wgląd w praktyki pracy. Refleksografia często ujawnia użycie przez artystę sadzy, która dobrze uwidacznia się w reflektogramach, o ile nie została użyta również do podłoży leżących u podstaw całego obrazu.
Ostatni postęp w konstrukcji kamer czułych na podczerwień umożliwia odkrycie i zobrazowanie nie tylko podmalówek i pentimentów, ale całych obrazów, które zostały później przemalowane przez artystę. Godnymi uwagi przykładami są Kobieta prasująca i Niebieski pokój Picassa, gdzie w obu przypadkach portret mężczyzny został uwidoczniony pod znanym dziś obrazem.
Podobne zastosowania podczerwieni są wykorzystywane przez konserwatorów i naukowców na różnego rodzaju obiektach, zwłaszcza na bardzo starych dokumentach pisanych, takich jak zwoje znad Morza Martwego, rzymskie dzieła w Willi Papirusów czy teksty z Jedwabnego Szlaku znalezione w jaskiniach Dunhuang. Sadza stosowana w tuszu może pokazać się wyjątkowo dobrze.
Systemy biologiczneEdit
Żmija pit viper posiada na głowie parę wżerów wyczuwających podczerwień. Nie ma pewności co do dokładnej czułości termicznej tego biologicznego systemu wykrywania podczerwieni.
Innymi organizmami, które mają narządy termorecepcyjne są pytony (rodzina Pythonidae), niektóre boa (rodzina Boidae), pospolity nietoperz wampir (Desmodus rotundus), różne chrząszcze z rodziny klejnotowatych (Melanophila acuminata), ciemno pigmentowane motyle (Pachliopta aristolochiae i Troides rhadamantus plateni) i prawdopodobnie krwiopijne pluskwiaki (Triatoma infestans).
Niektóre grzyby, takie jak Venturia inaequalis, wymagają światła bliskiej podczerwieni do wyrzucenia
Pomimo że widzenie w bliskiej podczerwieni (780-1,000 nm) od dawna uważane jest za niemożliwe z powodu szumu w pigmentach wizualnych, odczuwanie światła bliskiej podczerwieni odnotowano u karpia pospolitego i u trzech gatunków pielęgnic. Ryby wykorzystują NIR do chwytania ofiar i do fototaktycznej orientacji pływackiej. Odczuwanie NIR u ryb może być istotne w warunkach słabego oświetlenia podczas zmierzchu i w mętnych wodach powierzchniowych.
FotobiomodulacjaEdit
Światło bliskiej podczerwieni, lub fotobiomodulacja, jest stosowane w leczeniu owrzodzeń jamy ustnej wywołanych chemioterapią, jak również w gojeniu się ran. Prowadzone są również prace związane z leczeniem wirusów opryszczki. Projekty badawcze obejmują prace nad efektami leczniczymi dla centralnego układu nerwowego poprzez regulację oksydazy cytochromu c i inne możliwe mechanizmy.
Zagrożenia dla zdrowiaEdit
Silne promieniowanie podczerwone w niektórych gałęziach przemysłu o wysokiej temperaturze może być niebezpieczne dla oczu, powodując uszkodzenie lub ślepotę użytkownika. Ponieważ promieniowanie to jest niewidzialne, w takich miejscach należy nosić specjalne gogle odporne na promieniowanie podczerwone.