I. Häufig verwendetes Unterteilungsschema für Infrarot

Eine gängige Unterteilungsmethode für Infrarotstrahlung (IR) basiert auf dem Wellenlängenbereich. Das IR-Spektrum wird im Allgemeinen in folgende Bereiche unterteilt:

Nahinfrarot (NIR):Dieser Bereich erstreckt sich von etwa 700 Nanometern (nm) bis 1,4 Mikrometern (μm) Wellenlänge. Nahinfrarotstrahlung (NIR) wird aufgrund der geringen Dämpfungsverluste im Siliziumdioxidglas (SiO₂) häufig in der Fernerkundung und der Glasfaser-Telekommunikation eingesetzt. Bildverstärker sind für diesen Spektralbereich empfindlich; Beispiele hierfür sind Nachtsichtgeräte wie Nachtsichtbrillen. Die Nahinfrarotspektroskopie ist eine weitere gängige Anwendung.

Kurzwellige Infrarotstrahlung (SWIR):Der auch als „kurzwelliger Infrarotbereich“ oder „SWIR-Bereich“ bekannte Bereich erstreckt sich von etwa 1,4 μm bis 3 μm. SWIR-Strahlung wird häufig in der Bildgebung, Überwachung und Spektroskopie eingesetzt.

Mittelwelliges Infrarot (MWIR):Der MWIR-Bereich erstreckt sich von etwa 3 μm bis 8 μm. Dieser Bereich wird häufig in Wärmebild-, militärischen Zielerfassungs- und Gasdetektionssystemen eingesetzt.

Langwelliges Infrarot (LWIR):Der LWIR-Bereich umfasst Wellenlängen von etwa 8 μm bis 15 μm. Er wird häufig in der Wärmebildgebung, in Nachtsichtsystemen und bei berührungslosen Temperaturmessungen eingesetzt.

Ferninfrarot (FIR):Dieser Bereich erstreckt sich von etwa 15 μm bis 1 Millimeter (mm) Wellenlänge. FIR-Strahlung wird häufig in der Astronomie, der Fernerkundung und bestimmten medizinischen Anwendungen eingesetzt.

Wellenlängenbereichsdiagramm

NIR und SWIR werden zusammen manchmal als „reflektiertes Infrarot“ bezeichnet, während MWIR und LWIR manchmal als „thermisches Infrarot“ bezeichnet werden.

二、Anwendungen von Infrarot

Nachtsicht

Infrarot (IR) spielt eine entscheidende Rolle in Nachtsichtgeräten und ermöglicht die Erkennung und Visualisierung von Objekten bei schwachem Licht oder Dunkelheit. Traditionelle Nachtsichtgeräte mit Bildverstärkung, wie Nachtsichtbrillen oder Monokulare, verstärken das vorhandene Umgebungslicht, einschließlich der vorhandenen IR-Strahlung. Diese Geräte nutzen eine Fotokathode, um einfallende Photonen, darunter auch IR-Photonen, in Elektronen umzuwandeln. Die Elektronen werden dann beschleunigt und verstärkt, um ein sichtbares Bild zu erzeugen. Infrarotstrahler, die IR-Licht aussenden, sind häufig in diese Geräte integriert, um die Sicht bei völliger Dunkelheit oder schwachem Licht zu verbessern, wenn die Umgebungs-IR-Strahlung nicht ausreicht.

Umgebung mit schwachen Lichtverhältnissen

Thermografie

Infrarotstrahlung ermöglicht die berührungslose Temperaturmessung von Objekten (sofern der Emissionsgrad bekannt ist). Dieses Verfahren wird als Thermografie bezeichnet, bei sehr heißen Objekten im nahen Infrarotbereich oder im sichtbaren Spektrum spricht man von Pyrometrie. Die Thermografie (Wärmebildgebung) findet hauptsächlich in militärischen und industriellen Anwendungen Verwendung, doch dank stark gesunkener Produktionskosten erobert die Technologie zunehmend den Massenmarkt in Form von Infrarotkameras an Fahrzeugen.

Anwendungen der Wärmebildgebung

Infrarotstrahlung ermöglicht die berührungslose Temperaturmessung von Objekten (sofern der Emissionsgrad bekannt ist). Dieses Verfahren wird als Thermografie bezeichnet, bei sehr heißen Objekten im nahen Infrarotbereich oder im sichtbaren Spektrum spricht man von Pyrometrie. Die Thermografie (Wärmebildgebung) findet hauptsächlich in militärischen und industriellen Anwendungen Verwendung, doch dank stark gesunkener Produktionskosten erobert die Technologie zunehmend den Massenmarkt in Form von Infrarotkameras an Fahrzeugen.

Thermografiekameras erfassen Strahlung im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums (etwa 9.000–14.000 Nanometer bzw. 9–14 μm) und erzeugen Bilder dieser Strahlung. Da alle Objekte gemäß dem Strahlungsgesetz des schwarzen Körpers Infrarotstrahlung abhängig von ihrer Temperatur abgeben, ermöglicht die Thermografie die Betrachtung der Umgebung mit und ohne sichtbares Licht. Die von einem Objekt abgegebene Strahlungsmenge steigt mit der Temperatur, daher lassen sich Temperaturunterschiede mithilfe der Thermografie erkennen.

Hyperspektrale Bildgebung

Ein hyperspektrales Bild ist ein „Bild“, das ein kontinuierliches Spektrum über einen breiten Spektralbereich an jedem Pixel enthält. Die hyperspektrale Bildgebung gewinnt in der angewandten Spektroskopie zunehmend an Bedeutung, insbesondere in den Spektralbereichen NIR, SWIR, MWIR und LWIR. Typische Anwendungsgebiete sind Messungen in der Biologie, Mineralogie, Verteidigung und Industrie.

Das hyperspektrale Bild

Die thermische Infrarot-Hyperspektralbildgebung kann analog mit einer Wärmebildkamera durchgeführt werden, mit dem grundlegenden Unterschied, dass jedes Pixel ein vollständiges LWIR-Spektrum enthält. Dadurch ist die chemische Identifizierung des Objekts ohne externe Lichtquelle wie Sonne oder Mond möglich. Solche Kameras werden typischerweise für geologische Messungen, Außenüberwachung und UAV-Anwendungen eingesetzt.

Heizung

Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) kann in verschiedenen Anwendungen gezielt als Wärmequelle eingesetzt werden. Dies liegt vor allem an ihrer Fähigkeit, Wärme direkt auf Objekte oder Oberflächen zu übertragen, ohne die umgebende Luft wesentlich zu erwärmen.

Die Heizquelle

Infrarotstrahlung findet breite Anwendung in verschiedenen industriellen Heizprozessen. Beispielsweise werden in der Fertigung häufig IR-Lampen oder -Panels eingesetzt, um Materialien wie Kunststoffe, Metalle oder Beschichtungen zum Aushärten, Trocknen oder Formen zu erwärmen. IR-Strahlung lässt sich präzise steuern und lenken, was ein effizientes und schnelles Erwärmen bestimmter Bereiche ermöglicht.