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红外夜视仪光波原理

——红外光的理论

作者:佚名发布时间:2012年05月19日来源:本站原创点击数:

  想要理解红外光波的原理,就必须对的原理有所了解。光波的能量大小与其波长有关:波长越短,能量越高。

   在可见光中,紫光的能量最高,而红光的能量最低。与可见光光谱相邻的是红外线光谱。

 


 

红外线是光谱中的一小段
红外线是光谱中的一小段

 

红外线分为三类:

 

  • 近红外线(近IR)——近红外线与可见光相邻,其波长范围是0.7-1.3微米(1微米等于百万分之一米)。
  • 中红外线(中IR)——中红外线的波长范围是1.3-3微米。近红外线和中红外线应用到各种电子设备中,例如遥控器
  • 热红外线(热IR)——热红外线占据了红外线光谱中最大的一部分,其波长范围是3-30微米。

   热红外线与其他两种红外线的主要区别是,热红外线是由物体发射出来的,而不是从物体上反射出来的。物体之所以能够发射红外线,是因为其原子发生了某种变化。


   原子是永恒运动的。它们不停地振动、移动和旋转。即便是构成我们座椅的原子也是不断运动着的。原子有几种不同的激发状态。

    换言之,它们具有不同的能量。如果我们将大量的能量赋予一个原子,它就会摆脱基态能级而达到激发水平。激发水平取决于以热、光或电等形式施加到原子上的能量的多少。

原子由原子核(包括质子和中子)和电子云构成。我们可以将电子云中的电子设想成在不同轨道上围绕着原子核运动。

   现在还无法观察到电子的离散轨道,但把这些轨道设想成原子不同的能级会更容易理解。换句话说,如果我们向原子施加一定的热能,可以预见的是,一些处于低能轨道的电子会转移到高能轨道上,即离原子核更远。

 

原子包括原子核和电子云
原子包括原子核和电子云

 

   电子转移到高能轨道后,最终仍要回到基态。在此过程中,电子会以光子(一种光线粒子)的形式释放能量。您会发现,原子不断地以光子的形式释放能量。举例来说,当烤面包炉内的发热器之所以会变成亮红色,就是因为原子被热力激发,释放出了红色的光子。激发态的电子比未受激发的电子具有更高的能量,并且正是由于电子吸收了若干能量才达到了激发水平,它会将这一能量释放出来以回归基态。

   这一能量会以光子的形式(光能)被释放出来。发射出的光子具有特定的波长(颜色),这取决于释出光子时电子的能量。

   任何生物都要耗费能量,很多没有生命的物品也是如此,例如引擎火箭。能量消耗会产生热量。反过来,热能会促使物体中的原子发射出位于热红外线光谱中的光子。

   物体温度越高,释出的红外线光子的波长就越短。如果物体的温度非常高,它发出的光子甚至能进入可见光光谱,从红光开始,然后是橙光、黄光、蓝光,直至白光。请查阅电灯泡工作原理激光器工作原理以及光的原理这几篇文章,了解有关光以及光子发射的详细信息。

   夜视仪中的热成像技术正是利用了这种红外线发射现象。

 

 

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