Недавно мы рассказывалиоб инициативной работе НИИ «Гириконд» (входит в холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации Ростех), в результате которой был освоен выпуск линейки интерференционных инфракрасных фильтров. Такие фильтры необходимы для создания оптических приборов, работающих в инфракрасном спектральном диапазоне.
Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны, которые находятся за пределами спектрального диапазона, видимого человеческим глазом. Оно играет важную роль во многих областях нашей жизни, начиная от бытовых устройств и медицины и заканчивая оборонными технологиями и астрономическими исследованиями.
Рассмотрим основные свойства инфракрасного излучения, его применение в различных сферах и влияние на окружающий мир.
Для начала напомним, что оптический спектральный диапазон включает в себя электромагнитное излучение с длинами волн от 10 нм до 100 мкм. Видимый человеческим глазом участок этого спектра – от 400 нм до 760 нм. Именно в этом диапазоне наши глаза способны фиксировать электромагнитные волны, а мозг может их интерпретировать в любые цвета и оттенки от синего до красного. За пределами этого участка спектра находятся, с одной стороны, ультрафиолетовое излучение, а с другой – инфракрасное.
Несмотря на то, что инфракрасное излучение находится за пределами видимой области оптического спектра, оно повсюду нас окружает. Мы видим не более 20% излучения обычных ламп накаливания, так как практически все остальное электромагнитное излучение приходится именно на инфракрасную часть спектра. В солнечном свете видимого излучения практически половина. Все предметы, нагретые выше температуры окружающей среды, излучают инфракрасные волны. Их еще часто называют тепловыми, так как в большинстве случаев этот процесс работает и в обратную сторону – при взаимодействии с инфракрасным излучением предметы нагреваются.
Кстати, в отличие от ультрафиолета, который, как мы знаем, расположен в коротковолновой области относительно видимой части спектра, инфракрасное излучение для нас безвредно. Некоторую опасность может представлять только перегрев при длительном нахождении под воздействием достаточно сильного излучения.
Еще одной важной особенностью инфракрасного диапазона является то, что в нем оптические свойства веществ довольно сильно отличаются от видимого. Например, обычный свет не может пройти сквозь пластины из кремния или германия, а вот для инфракрасного излучения они будут прозрачны. ИК-волны в некоторых случаях проходят даже сквозь бетон. Кроме того, в инфракрасном диапазоне у большинства металлов значительно возрастают отражающие способности.
Различные вещества по-разному поглощают инфракрасное излучение. Например, азот и кислород в нашей атмосфере прозрачны для него. А молекулы воды и углекислого газа ИК-лучи поглощают избирательно. Наличие пыли и иных взвесей в атмосфере значительно меньше ослабляет инфракрасное излучение, чем видимый свет.
Обладая таким набором уникальных свойств, инфракрасное излучение нашло широкое применение. Ученые, используя спектры испускания и поглощения в инфракрасной области, получают данные для количественного и качественного состава сложных веществ, изучают молекулярные структуры и даже электронные оболочки атомов.
Инфракрасная фотография позволяет рассмотреть детали, не видимые ни в одном другом спектре. Астрономы особенно оценили этот диапазон и весьма широко применяют его как для исследования далекого космоса, так и для наблюдений за нашей планетой. Инфракрасные квантовые установки используются для космической связи.
Но и в бытовом плане каждый из нас сталкивался с устройствами инфракрасной передачи данных: большинство пультов дистанционного управления телевизорами, музыкальными центрами и другой бытовой техникой работают именно в ИК-диапазоне.
Наиболее интересным стало применение фотокатодов – проводников, чувствительных к инфракрасному излучению. На их основе построены электронно-оптические преобразователи, позволяющие увидеть невидимое человеческим глазом инфракрасное изображение. Именно таким образом работают приборы ночного видения, теплопеленгаторы, дальномеры и системы самонаведения.
Чтобы все эти приборы и устройства выполняли свои функции, как раз и нужны качественные инфракрасные фильтры. Они являются необходимой частью оптических систем этих приборов. Упрощенно их функция − выделить из всего диапазона излучения, попадающего на объектив прибора, только ту часть, которую он должен зафиксировать.
Инфракрасные фильтры производства «Росэлектроники» не теряют рабочие свойства в течение 15 лет при эксплуатации в температурном режиме от –60 до +70 °C и относительной влажности 98%. Они могут применяться как в гражданских изделиях, так и в технике специального назначения. Инициативная разработка НИИ «Гириконд» заместит для российских приборостроителей аналогичные фильтры ушедших с отечественного рынка зарубежных производителей.
Исследование и применение инфракрасного излучения играет важную роль в современном мире, обеспечивая нам возможность видеть за пределами нашего обычного восприятия. Понимание свойств ИК-излучения и использование его в технологиях продолжают развиваться, открывая новые возможности для исследований и инноваций.