Infrarød stråling

Bilde av en liten hund tatt i mid-infrarødt ("termisk") lys (uekte farge)

Infrarød (IR) stråling er elektromagnetisk stråling av bølgelengder lengre enn synlig lys, men kortere enn mikrobølger. Navnet kommer fra det latinske ordet infra som betyr under og rød som er den fargen innenfor spektret av synlig lys som har den lengste bølgelengden. Infrarød stråling dekker tre bølgelengde-dekader : 700 nm – 1 mm.

Ulike infrarøde områder

IR deles ofte opp i:

• nær infrarød NIR, IR-A DIN, 0.7–1.4 µm i bølgelengde, definert ved vannabsorpsjon, og hyppig brukt i fiberoptisk telekommunikasjon på grunn av den lave dempningen i kvarts (SiO₂)-glass
• kortbølge IR SWIR, IR-B DIN, 1.4–3 µm – Vannabsorpsjon øker signifikant ved 1450 nm
• mellombølge IR MWIR, IR-C DIN, også kalt midlere IR (IIR), 3–8 µm
• langbølge IR LWIR, IR-C DIN, 8–15 µm
• fjern infrarød FIR, 15–1000 µm

Disse betegnelsene er imidlertid ikke helt presise, og brukes forskjellig i ulike studier, dvs. nær (0.7–5 µm) / mid (5–30 µm) / lang (30–1000 µm). Spesielt innenfor telekom-bølgelengder er spektret videre inndelt i et antall bånd, pga. begrensninger i detektorer, forsterkere og strålekilder. Infrarød stråling er ofte forbundet med varme, ettersom objekter ved romtemperatur og høyere sender ut stråling hovedsakelig i midt-infrarødt bånd (ref. svart legeme).

Intensitetsfordeling av atmosfærisk spredning i infrarødt område.

De normale betegnelser er tilpasset menneskelig respons på slik stråling («nær infrarød» = det røde du akkurat ikke kan se, «fjern infrarød» = termisk stråling). Andre definisjoner følger ulike fysike mekanismer (strålingstopper, vs. bånd, vannabsorpsjon) og de nyeste følger tekniske kriterier (De vanlige Si-detektorer er følsomme for ~1050 nm, mens InGaAs-følsomheten starter rundt 950 nm og stopper mellom 1700 og 2200 nm, avhengig av den spesifikke konfigureringen). Dessverre er de internasjonale standarder for denne spesifikasjonen ikke fritt tilgjengelig.

Telekommunikasjonsbånd i infrarødt

Optisk telekommunikasjon i nær infrarødt er teknisk ofte plassert til spesifikke frekvensbånd basert på tilgjengelighet av lyskilder, transportmaterialer (fibre) og detektorer.

• O-båndet 1260-1360 nm
• E-båndet 1360-1460 nm
• S-båndet 1460-1530 nm
• C-båndet 1530-1565 nm
• L-båndet 1565-1625 nm
• U-båndet 1625-1675 nm
• G-båndet 1855-1976 nm

Historie

I 1800 holdt den engelske astronomen William Herschel et kvikksølvtermometer i det optiske spektrum av sollys sendt gjennom et glassprisme for å måle varmen fra ulike lysfarger. Han oppdaget en ytterligere temperaturøkning når han flyttet termometeret forbi det synlige røde lyset. Dette var det første eksperimentet som viste at varme kunne overføres via en usynlig form for lys.^{[trenger referanse]}

Jorden som en infrarød strålekilde

Jordens overflate absorberer synlig stråling fra solen og sender mye av energien som infrarød stråling tilbake til atmosfæren. Visse gasser i atmosfæren betegnet drivhusgasser, hovedsakelig vanndamp og karbondioksid, absorberer denne strålingen, og sender den ut igjen i alle retninger, også tilbake til jordoverflaten. Denne effekten, som kalles drivhuseffekten, sørger for å holde atmosfæren mye varmere enn den ville vært uten disse gassene.

Anvendelser

Infrarød stråling utnyttes i nattsyn-utstyr for bruk ved utilstrekklig synlig lys. Strålingen detekteres og omgjøres til et bilde på en skjerm. Varme objekter fremtrer lysere og gjør det mulig for politi og militært personell å operere mer effektivt i mørke.

Røyk er mer gjennomsiktig for infrarødt enn for synlig lys. Derfor bruker også røykdykkere infrarødt-utstyr. Brannmenn bruker infrarød-kameraer i trehus etter at en brann er slukket, for å finne mulige varme soner bak veggene slik at en kan gjøre tiltak for å hindre en brann å blusse opp igjen.

Innenfor vedlikehold av bygninger og eiendommer, kan IR brukes som et kostnadsbesparerende verktøy ved å avbilde ulike bygningsdeler og -utstyr. Infrarød termografi er en fotografisk teknikk som påviser temperaturforskjeller. Den viser varme punkter/flater langs husets yttervegger og lokaliserer dermed detaljer som avgir varme. Teknikken brukes også for å oppdage varmgang og brannfare i elektriske installasjoner i boliger, industri og bygninger.

En vanligere bruk av IR er i fjernkontroller for TV-apparater etc. I dette tilfelle brukes infrarøde frekvenser istedenfor de lavere radiofrekvenser, ettersom disse ikke interfererer med annet utstyr i tilstøtende rom. Dette er spesielt viktig i områder med tett befolkning fordi IR, i motsetning til radiobølger, ikke kan gå gjennom vegger. IR-basert dataoverføring brukes også i nærkommunikasjon mellom data-utstyrsdeler (for eksempel trådløs mus og tastatur) og data-assistenter.

Disse enhetene følger som regel standarder utgitt av IrDA («Infrared Data Association»). Fjernkontroller og IrDA-enheter bruker lysdioder (LED) som sender ut infrarød stråling som så fokuseres til en smal stråle av en plastlinse. Strålen er modulert, dvs. slås hurtig av og på for å angi ulike signalkoder. Mottakeren bruker en fotocelle for å konvertere den infrarøde strålingen tilbake til et elektrisk signal. Mottakeren reagerer bare på hurtig pulserende signaler, og filtrerer den langsomme endringen av infrarød stråling fra omgivelsene.

Innenfor infrarød fotografi brukes infrarøde filtre for bare å fange det infrarøde spektrum. Digitalkameraer er ofte utstyrt med et filter på sensoren som blokkerer infrarødt lys for derved å oppnå skarpere bilder i det synlige området. Enkelte modeller leveres uten dette filteret eller det er mulig å fjerne det. Det finnes også overvåkingskamera som leser i det infrarøde frekvensområdet. I et fargebilde ved normalt dagslys vil det være forstyrrende å vise infrarødt lys, og de mest avanserte kameraene har da en automatisk funksjon som kobler ut IR-filteret og switcher over i svart/hvitt idet lyset faller under en gitt grense. Ved i tillegg å supplere med IR-lyskastere kan man få fullgode bilder i svart/hvitt fra et tilsynelatende stummende mørkt miljø.

Infrarød spektroskopi er en analysemetode for å identifisere og kvantifisere ulike forbindelser. Den utnytter det forhold at molekyler vibrerer ved at de kovalente bindingene strekkes og bøyes. De fleste molekyler har en eller flere vibrasjoner med frekvenser som ligger i den infrarøde delen av det elektromagnetiske spektrum. En hver forbindelse har sitt unike infrarøde spektrum, som et fingeravtrykk. For å oppnå dette må IR-strålingen splittes opp i sine enkelte bølgelenger, og analyseres hver for seg. De varmesøkende teknikkene beskrevet over behandler alle bølgelengdene samlet.