浅谈红外线技术的发展

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微电子技术前沿讲座

题目：红外线技术

学院：电子与信息工程学院

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2012年12月23日一，摘要

红外技术的英文名称是：Infrared Technique。红外技术的内容包含四个主要部分：

1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。

2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。

3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。

4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。自760nm至400μm的电磁波称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。关键词：红外辐射，电磁波，广泛的用途，红外线。

二，红外线的发现

红外技术发展的先导是红外探测器的发展。红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家赫歇尔于1800年发现，又称为红外热辐射，他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l000μm 之间。

1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。

19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。

30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。

40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测

器，其性能优良、结构牢靠。

50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。

到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。

60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。

三，红外线的物理特性

1.有热效应

红外线波长较长，（无线电、微波、红外线、可见光。波长按由长到短顺序），

给人的感觉是热的感觉，产生的效应是热效应，那么红外线在穿透的过程中穿透达到的范围是在一个什么样的层次？如果红外线能穿透到原子、分子内部，那么会引起原子、分子的膨大而导致原子、分子的解体。真的是这样吗？而事实上呢？红外线频率较低，能量不够，远远达不到原子、分子解体的效果。因此，红外线只能穿透了原子分子的间隙中，而不能穿透到原子、分子的内部，由于红外线只能穿透到原子、分子的间隙，会使原子、分子的振动加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏观上看，物质在融化、在沸腾、在汽化，但物质的本质（原子、分子本身）并没有发生改变，这就是红外线的热效应。

因此我们可以利用红外线的这种激发机制来烧烤食物，使有机高分子发生变性，但不能利用红外线产生光电效应，更不能使原子核内部发生改变。

同样的道理，我们不能用无线电波来烧烤食物，无线电波的波长实在太长无法穿透到有机高分子间隙更不用说使其变性达到食物烤熟的目的。

通过上述我们知道：波长越短，频率越高、能量越大的波穿透达到的范围越大；波长越长，频率越低、能量越小的波穿透达到的范围越小。

四，红外线在生活中的应用

红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米至1毫米之间，是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段。透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。俗称红外光。

生活中高温杀菌，红外线夜视仪，监控设备，宾馆的房门卡，汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应，饭店门前的感应门。

1、数码领域：如手机、电脑等。

2、通信领域：如光纤网络。

3、保健领域：低温远红外地暖、健康坊温热理疗仪、健康坊电位治疗仪、远红外线光波浴房、电气石汗蒸房、生物频谱能量屋

五，红外线的分类

一般来说，燃料燃烧、电热器具热源等放出的红外线多属于近红外线，由于波长较短，因此产生大量的热效应，长期照射人体后会产生灼伤皮肤及眼睛水晶体等伤害。波长更短的其它电磁波如紫外线、X射线及γ射线等，会使原子上的电

子产生游离，对人体更有伤害作用。远红外线则不然，由于波长较长，能量相对较低，所以使用时相对较少烫伤之危害。

远红外线也和家用电器所放射出的低频电磁波不同，家用电器所释出的低频电磁波可穿墙透壁及改变人体电流的特性，而被人们高度怀疑其危害性。远红外线在人体皮肤的穿透力仅有0.01至0.1厘米，人体本身也会放出波长约9微米的远红外线，所以和低频电磁波不可混为一谈。远红外线被用在许多疾病的辅助治疗上，例如筋骨肌肉酸痛、肌腱炎、褥疮、烫伤及伤口不易愈合等疾病，都可以利用远红外线促进血液循环的特性，而达到辅助治疗的目的。

六，远红外的医疗作用

远红外线的发现公元1800年德国科学家"赫歇尔"发现太阳光中的红外线外侧所围绕著一种用肉眼无法看见的光源，波长介于5.6-1000UM的「远红外线」，经过这种光源照射时，会对有机体产生放射、穿透、吸收、共振的效果。美国太空总署(NASA)研究报告指出，在红外线内，对人体有帮助4-14微米的远红外线，能渗透人体内部15cm，从内部发热，从体内作用促进微血管的扩张，使血液循环顺畅，达到新陈代谢的目的，进而增加身体的免疫力及治愈率。但是根据黑体辐射理论，一般的材料要产生足够强度的远红外线，并不容易，通常必须藉助特殊物质作能量的转换，将它所吸收的热量经由内部分子的振动再发放较长波长的远红外线出来。

生命科学研究证实，人体本身是一个远红外辐射源，他可以吸收及发射远红外