ИНФРАКРА́СНОЕ ИЗЛУЧЕ́НИЕ

ИНФРАКРА́СНОЕ ИЗЛУЧЕ́НИЕ (ИК-из­лу­че­ние, ИК-лу­чи), элек­тро­маг­нит­ное из­лу­че­ние с дли­на­ми волн $λ$ от ок. 0,74 мкм до ок. 1–2 мм, т. е. из­лу­че­ние, за­ни­маю­щее спек­траль­ную об­ласть ме­ж­ду крас­ным кон­цом ви­ди­мо­го из­лу­че­ния и ко­рот­ко­вол­но­вым (суб­мил­ли­мет­ро­вым) ра­дио­из­лу­че­ни­ем. И. и. от­но­сит­ся к оп­тич. из­лу­че­нию, од­на­ко в от­ли­чие от ви­ди­мо­го из­лу­че­ния оно не вос­при­ни­ма­ется че­ло­ве­че­ским гла­зом. Взаи­мо­дей­ствуя с по­верх­но­стью тел, оно на­гре­ва­ет их, по­это­му час­то его на­зы­ва­ют те­п­ло­вым из­лу­че­ни­ем. Ус­лов­но об­ласть И. и. раз­де­ля­ют на ближ­нюю ($λ$=0,74–2,5 мкм), сред­нюю (2,5–50 мкм) и да­лё­кую (50–2000 мкм). И. и. от­кры­то У. Гер­ше­лем (1800) и не­за­ви­си­мо У. Вол­ла­сто­ном (1802).

Спек­тры И. и. мо­гут быть ли­ней­ча­ты­ми (атом­ные спек­тры), не­пре­рыв­ны­ми (спек­тры кон­ден­си­ро­ван­ных сред) или по­ло­са­ты­ми (мо­ле­ку­ляр­ные спек­тры). Оп­тич. свой­ст­ва (ко­эф­фи­ци­ен­ты про­пус­ка­ния, от­ра­же­ния, пре­лом­ле­ния и т. п.) ве­ществ в И. и., как пра­ви­ло, зна­чи­тель­но от­ли­ча­ют­ся от со­от­вет­ст­вую­щих свойств в ви­ди­мом или ульт­ра­фио­ле­то­вом из­лу­че­нии. Мн. ве­ще­ст­ва, про­зрач­ные для ви­ди­мо­го све­та, не­про­зрач­ны для И. и. оп­ре­де­лён­ных длин волн, и на­обо­рот. Так, слой во­ды тол­щи­ной в неск. сан­ти­мет­ров не­про­зра­чен для И. и. с $λ>$ 1 мкм, по­это­му во­да час­то ис­поль­зу­ет­ся в ка­че­ст­ве те­п­ло­за­щит­но­го фильт­ра. Пла­стин­ки из $\ce{Ge}$ и $\ce{Si}$, не­про­зрач­ные для ви­ди­мо­го из­лу­че­ния, про­зрач­ны для И. и. оп­ре­де­лён­ных длин волн, чёр­ная бу­ма­га про­зрач­на в да­лё­кой ИК-об­лас­ти (та­кие ве­ще­ст­ва ис­поль­зу­ют в ка­че­ст­ве све­то­фильт­ров при вы­де­ле­нии И. и.).

От­ра­жа­тель­ная спо­соб­ность боль­шин­ст­ва ме­тал­лов в И. и. зна­чи­тель­но вы­ше, чем в ви­ди­мом из­лу­че­нии, и воз­рас­та­ет с уве­ли­че­ни­ем дли­ны вол­ны (см. Ме­тал­ло­оп­ти­ка). Так, от­ра­же­ние по­верх­но­стей $\ce{Al,\, Au,\, Ag,\, Cu}$ И. и. с $λ$=10 мкм дос­ти­га­ет 98%. Жид­кие и твёр­дые не­метал­лич. ве­ще­ст­ва об­ла­да­ют се­лек­тив­ным (за­ви­ся­щим от дли­ны вол­ны) от­ра­же­ни­ем И. и., по­ло­же­ние мак­си­му­мов ко­то­ро­го за­ви­сит от их хи­мич. со­ста­ва.

Про­хо­дя че­рез зем­ную ат­мо­сфе­ру, И. и. ос­лаб­ля­ет­ся вслед­ст­вие рас­сея­ния и по­гло­ще­ния ато­ма­ми и мо­ле­ку­ла­ми воз­ду­ха. Азот и ки­сло­род не по­гло­ща­ют И. и. и ос­лаб­ля­ют его лишь в ре­зуль­та­те рас­сея­ния, ко­то­рое для И. и. зна­чи­тель­но мень­ше, чем для ви­ди­мо­го све­та. Мо­ле­ку­лы $\ce{H_2O,\, CO_2,\, O_3}$ и др., при­сут­ст­вую­щие в ат­мо­сфе­ре, се­лек­тив­но (из­би­ра­тель­но) по­гло­ща­ют И. и., при­чём осо­бен­но силь­но по­гло­ща­ют И. и. па­ры́ во­ды. По­ло­сы по­гло­ще­ния $\ce{H_2O}$ на­блю­да­ют­ся во всей ИК-об­лас­ти спек­тра, а по­ло­сы $\ce{CO_2}$ – в её сред­ней ча­сти. В при­зем­ных сло­ях ат­мо­сфе­ры име­ет­ся лишь не­боль­шое чис­ло «окон про­зрач­но­сти» для И. и. На­ли­чие в ат­мо­сфе­ре час­тиц ды­ма, пы­ли, мел­ких ка­пель во­ды при­во­дит к до­пол­ни­тель­но­му ос­лаб­ле­нию И. и. в ре­зуль­та­те его рас­сея­ния на этих час­ти­цах. При ма­лых раз­ме­рах час­тиц И. и. рас­сеи­ва­ет­ся мень­ше, чем ви­ди­мое из­лу­че­ние, что ис­поль­зу­ют в ИК-фо­то­гра­фии.

Источники инфракрасного излучения

Мощ­ный ес­те­ст­вен­ный ис­точ­ник И. и. – Солн­це, ок. 50% его из­лу­че­ния ле­жит в ИК-об­лас­ти. На И. и. при­хо­дит­ся от 70 до 80% энер­гии из­лу­че­ния ламп на­ка­лива­ния; его ис­пус­ка­ют элек­трич. ду­га и разл. га­зо­раз­ряд­ные лам­пы, все ти­пы элек­трич. обог­ре­ва­те­лей по­ме­ще­ний. В на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях ис­точ­ни­ка­ми И. и. слу­жат лен­точ­ные вольф­ра­мо­вые лам­пы, штифт Нерн­ста, гло­бар, ртут­ные лам­пы вы­со­ко­го дав­ле­ния и др. Из­лу­че­ние не­ко­то­рых ти­пов ла­зе­ров так­же ле­жит в ИК-об­лас­ти спек­тра (напр., дли­на вол­ны из­лу­че­ния ла­зе­ров на не­оди­мо­вом стек­ле со­став­ля­ет 1,06 мкм, ге­лий-не­оно­вых ла­зе­ров – 1,15 и 3,39 мкм, $\ce{CO_2}$-ла­зе­ров – 10,6 мкм).

Приёмники инфракрасного излучения

ос­но­ва­ны на пре­об­ра­зо­ва­нии энер­гии из­лу­че­ния в др. ви­ды энер­гии, до­ступ­ные для из­ме­ре­ния. В те­п­ло­вых при­ём­ни­ках по­гло­щён­ное И. и. вы­зы­ва­ет по­вы­ше­ние темп-ры тер­мо­чув­ст­ви­тель­но­го эле­мен­та, ко­то­рое и ре­ги­ст­ри­ру­ет­ся. В фо­то­элек­трич. при­ём­ни­ках по­гло­ще­ние И. и. при­во­дит к по­яв­ле­нию или из­ме­не­нию си­лы элек­трич. то­ка или на­пря­же­ния. Фо­то­элек­трич. при­ём­ни­ки (в от­ли­чие от те­п­ло­вых) се­лек­тив­ны, т. е. чув­ст­ви­тель­ны лишь к из­лу­че­нию оп­ре­де­лён­ной об­лас­ти спек­тра. Фо­то­ре­ги­ст­ра­ция И. и. осу­ще­ст­в­ля­ет­ся с по­мо­щью спец. фо­то­эмуль­сий, од­на­ко они чув­ст­ви­тель­ны к не­му толь­ко для длин волн до 1,2 мкм.

Применение инфракрасного излучения

ИК-из­лу­че­ние ши­ро­ко при­ме­ня­ют в на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях и для ре­ше­ния разл. прак­тич. за­дач. Спек­тры ис­пус­ка­ния и по­гло­ще­ния мо­ле­кул и твёр­дых тел ле­жат в ИК-об­лас­ти, их изу­ча­ют в ин­фра­крас­ной спек­тро­ско­пии, в струк­тур­ных за­да­чах, а так­же ис­поль­зу­ют в ка­че­ст­вен­ном и ко­ли­че­ст­вен­ном спек­траль­ном ана­ли­зе. Вда­лё­кой ИК-об­лас­ти ле­жит из­лу­че­ние, воз­ни­каю­щее при пе­ре­хо­дах ме­ж­ду зее­ма­нов­ски­ми под­уров­ня­ми ато­мов, ИК-спек­тры ато­мов по­зво­ля­ют изу­чать струк­ту­ру их элек­трон­ных обо­ло­чек. Фо­то­гра­фии од­но­го и то­го же объ­ек­та, по­лу­чен­ные в ви­ди­мом и ин­фра­крас­ном диа­па­зо­нах, вслед­ст­вие раз­ли­чия ко­эф­фи­ци­ен­тов от­ра­же­ния, про­пус­ка­ния и рас­сея­ния мо­гут зна­чи­тель­но раз­ли­чать­ся; на ИК-фо­то­гра­фии мож­но уви­деть де­та­ли, не­ви­ди­мые на обыч­ной фо­то­гра­фии.

В про­мыш­лен­но­сти И. и. ис­поль­зу­ют для суш­ки и на­гре­ва ма­те­риа­лов и из­де­лий, в бы­ту – для обог­ре­ва по­ме­ще­ний. На ос­но­ве фо­то­ка­то­дов, чув­ст­ви­тель­ных к И. и., соз­да­ны элек­трон­но-оп­тич. пре­об­ра­зо­ва­те­ли, в ко­то­рых не ви­ди­мое гла­зом ИК-изо­бра­же­ние объ­ек­та пре­об­ра­зу­ет­ся в ви­ди­мое. На ос­но­ве та­ких пре­об­ра­зо­ва­те­лей по­строе­ны разл. ноч­но­го ви­де­ния при­бо­ры (би­нок­ли, при­це­лы и т. п.), по­зво­ляю­щие в пол­ной тем­но­те об­на­ру­жи­вать объ­ек­ты, вес­ти на­блю­де­ние и при­це­ли­ва­ние, об­лу­чая их И. и. от спец. ис­точ­ни­ков. При по­мо­щи вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­ных при­ём­ни­ков И. и. осу­ще­ст­в­ля­ют те­п­ло­пе­лен­га­цию объ­ек­тов по их соб­ст­вен­но­му И. и. и соз­да­ют сис­те­мы са­мо­на­ве­де­ния на цель сна­ря­дов и ра­кет. ИК-ло­ка­то­ры и ИК-даль­но­ме­ры по­зво­ля­ют об­на­ру­жи­вать в тем­но­те пред­ме­ты, темп-ра ко­то­рых вы­ше темп-ры ок­ру­жаю­щей сре­ды, и из­ме­рять рас­стоя­ния до них. Мощ­ное из­лу­че­ние ИК-ла­зе­ров ис­поль­зу­ют в на­уч. ис­сле­до­ва­ни­ях, а так­же для осу­ще­ст­в­ле­ния на­зем­ной и кос­мич. свя­зи, для ла­зер­но­го зон­ди­ро­ва­ния ат­мо­сфе­ры и т. д. И. и. ис­поль­зу­ет­ся для вос­про­из­ве­де­ния эта­ло­на мет­ра.