光，分為可見(jiàn)的和不可見(jiàn)的。我們最最熟悉的肯定是五彩斑斕的可見(jiàn)光，而緊挨它兩側(cè)的，是紫外和紅外兩大不可見(jiàn)光的重要?jiǎng)萘?。今天咱們主要?lái)說(shuō)說(shuō)這其中的紅外部分。

圖源：freep.cn

1800年，美國(guó)天文學(xué)家威廉·赫謝爾在研究太陽(yáng)光譜各部位的效應(yīng)時(shí)，使一支涂黑了的水銀溫度計(jì)受太陽(yáng)連續(xù)光譜照射，發(fā)現(xiàn)在紅色那一端外水銀柱指示出較高的溫度，但是并沒(méi)有任何顏色。赫謝爾認(rèn)為這種現(xiàn)象，是太陽(yáng)光中一種“看不見(jiàn)的光”導(dǎo)致的。

1835年，法國(guó)科學(xué)家安培進(jìn)一步證實(shí)了紅外輻射與可視光是同一種類(lèi)型的光波（電磁波），并將它稱(chēng)為“紅外線”。

而對(duì)于紅外的劃分，一直沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義，目前常有兩種分法：

一種為：

近紅外波段：0.72 μm~1.5 μm

中紅外波段：1.5 μm~5.6 μm

遠(yuǎn)紅外波段：5.6 μm~1000 μm

另一種為：

近紅外波段：0.76 μm ~25 μm

中紅外波段：25 μm ~30 μm

遠(yuǎn)紅外波段：30 μm ~1000 μm

在紅外波段中，波長(zhǎng)以μm 為單位，頻率用cm^-1，它表明在真空中1cm路程內(nèi)所含波長(zhǎng)的數(shù)目。在紅外光譜學(xué)中，通常用“波數(shù)”ū 這個(gè)參數(shù)來(lái)表證。

典型黑體輻射譜

典型紅外發(fā)射光源

紅外線和可見(jiàn)光一樣都是電磁波，因此也具有可見(jiàn)光的一般性質(zhì)，如遵從反射和折射定律；存在著干涉、衍射和偏振及介質(zhì)中的吸收和散射現(xiàn)象。由于電磁波具有波粒二象性，所以紅外線還以光子形式存在。

光的能量以光量子為單位，即普朗克（Planck）常數(shù)h=6.623*10^-34J?s。

紅外線和可見(jiàn)光一樣具有直線傳播特性，并服從可見(jiàn)光的反射、吸收、透射規(guī)律。

反射率：Pp/P=p；吸收率：Pa /P=a；透射率：Pτ /P=τ ∴ a + p+τ= 1

產(chǎn)生紅外線的機(jī)理與其它波長(zhǎng)的電磁波是不同的，它也有著一系列自己的特性，這也是我們?cè)诩t外線應(yīng)用中所必須熟知的前提：

# 需要紅外探測(cè)器才能顯示

由于人眼見(jiàn)不到紅外線，所以在研究與應(yīng)用時(shí)，就必須要有對(duì)紅外線敏感的探測(cè)器，如利用其敏感效應(yīng)而制造的各類(lèi)熱敏感探測(cè)器，利用其電效應(yīng)而制成的各類(lèi)光電探測(cè)器等。

# 光化學(xué)作用較差

紅外線光子能量小，例如波長(zhǎng)為100μｍ的紅外光子，其能量?jī)H為可見(jiàn)光光子能量的1 /200。由于其光化學(xué)作用比可見(jiàn)光差，不能使普通相底上的溴化銀分子分解，所以普通照相膠片不易感光。紅外攝影底片是在感光乳劑中加入一定的特種材料，才能使紅外線感光。

# 熱效應(yīng)顯著

與可見(jiàn)光相比熱效應(yīng)顯著，如當(dāng)手靠近白熾電燈時(shí)，皮膚有強(qiáng)烈的灼熱感，因白灼電燈光線中有大量紅外線；當(dāng)手靠近日光燈時(shí)，則幾乎感覺(jué)不到熱的刺激，因其不含有紅外線。太陽(yáng)光中約70％是紅外線，故太陽(yáng)光溫暖。

# 易被一般物質(zhì)所吸收

紅外線易被一般物質(zhì)所吸收，穿透力也較弱。

典型紅外探測(cè)器和激光器

上面我們也提到了，紅外探測(cè)器可以分為兩類(lèi)：

1）光電傳感器

2）熱傳感器

這里我們主要來(lái)說(shuō)說(shuō)光電傳感器。光電型紅外探測(cè)器是利用某些半導(dǎo)體材料，在紅外輻射的照射下產(chǎn)生光電效應(yīng)，使材料的電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電學(xué)性質(zhì)的變化，可以確定紅外輻射的強(qiáng)弱。這類(lèi)探測(cè)器靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率高，但一般需在低溫下工作，探測(cè)波段也較窄。

根據(jù)光子探測(cè)器的工作原理一般可有如下分類(lèi)：

# 外光電探測(cè)器

當(dāng)光入射到某些金屬、金屬氧化物或半導(dǎo)體表面時(shí)，如果光子能量足夠大，能使其表面發(fā)射電子，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為光電子發(fā)射，屬于外光電效應(yīng)。

光電管、光電倍增管都屬于這種類(lèi)型的光子探測(cè)器。響應(yīng)速度快，同時(shí)像光電倍增管產(chǎn)品具有非常高的增益，可以用于單光子測(cè)量，不過(guò)只是波長(zhǎng)范圍相對(duì)較窄，最長(zhǎng)也只有1700nm。

濱松紅外光電倍增管

# 光電導(dǎo)探測(cè)器

當(dāng)半導(dǎo)體吸收入射光子后，半導(dǎo)體內(nèi)有些電子和空穴從原來(lái)不導(dǎo)電的束縛狀態(tài)，轉(zhuǎn)變到能導(dǎo)電的自由狀態(tài)，從而使半導(dǎo)體的電導(dǎo)率增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。

利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器，叫做光電導(dǎo)探測(cè)器。它也是目前種類(lèi)最多、應(yīng)用最廣的一類(lèi)光電探測(cè)器。

濱松InSb光電導(dǎo)探測(cè)器

# 光生伏特探測(cè)器

當(dāng)紅外輻射照射在某些半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)的PN結(jié)上，在PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的作用下，P區(qū)的自由電子移向N區(qū)，N區(qū)的空穴向P區(qū)移動(dòng)。如果PN結(jié)是開(kāi)路的，則在PN結(jié)兩端產(chǎn)生一個(gè)附加電勢(shì)稱(chēng)為光生電動(dòng)勢(shì)。利用此效應(yīng)制成的探測(cè)器，稱(chēng)為光生伏特探測(cè)器，或結(jié)型紅外探測(cè)器。

濱松InAsSb光伏探測(cè)器

# 光磁電探測(cè)器

在樣品橫向加一磁場(chǎng)，當(dāng)半導(dǎo)體表面吸收光子后所產(chǎn)生的電子和空穴隨即向體內(nèi)擴(kuò)散，在擴(kuò)散過(guò)程中由于受橫向磁場(chǎng)的作用，電子和空穴分別向樣品兩端偏移，在樣品兩端產(chǎn)生電位差。這種現(xiàn)象叫做光磁電效應(yīng)。利用此效應(yīng)制成的探測(cè)器，稱(chēng)為光磁電探測(cè)器。

通過(guò)下面這張圖，我們可以清楚看到各類(lèi)典型的光電型紅外傳感器類(lèi)型以及探測(cè)率的情況：

（點(diǎn)開(kāi)可看大圖）

濱松擁有種類(lèi)豐富的紅外探測(cè)器產(chǎn)品，包括近紅外光電倍增管、光伏探測(cè)器、光電導(dǎo)探測(cè)器、雙色傳感器、熱傳感器、光子牽引傳感器等等。