什么是短波、中波、长波红外及其应用

1.什么是红外辐射？

所有在自然界中的物体，只要温度高于绝对零度（-273.15°C）就会向外辐射红外能量。这种红外辐射的本质是产生于热能引起的辐射现象，属于电磁辐射的一种。

与人眼可见光线不同，红外线是一种不能被肉眼识别的光线，通常也称为红外热辐射。物理学上，波长在0.75~1000μm范围内的电磁波也被定义为红外波。

2.红外辐射的波长分类

红外辐射的波长介于可见光和微波之间，其短波与可见光波段的红光相邻，长波段与微波相接。

根据红外辐射的产生机理、红外辐射的应用和发展情况并结合考虑了红外辐射在地球大气层中的传输特性，进一步将0.75~1000μm的红外辐射划分为四个波段：

（1）近红外 (Near Infrared，NIR) : 0.75~1μm；

由于在二氧化矽玻璃中的低衰减率，通常使用在光纤通信中。在这个区域的波长对影像的增强非常敏锐。包括夜视设备，例如夜视镜。

（2）短波红外（SWIR，IR-B DIN），波长范围为1~3μm；

1,530至1,560nm是主导远距离通信的主要光谱区域。

（3）中红外或中波红外（MWIR，IR-C DIN），波长范围为3~5μm；

被动式的红外线追热导向飞弹技术在设计上就是使用3-5微米波段的大气窗口来工作，对飞机红外线标识的归航，通常是针对飞机引擎排放的羽流。

（4）远红外或长波红外（LWIR，IR-C DIN），波长范围为7.5~14μm；

这是“热成像”的区域，在这个波段的感测器不需要其他的光或外部热源，例如太阳、月球或红外灯，就可以获得完整的热排放量的被动影像。前视性红外线（FLIR）系统使用这个区域的频谱，有时也会被归类为“远红外线”。

其中，远红外线（FIR）：波长范围50-1,000μm；

NIR和SWIR有时被称为“反射红外线”，而MWIR和LWIR有时被称为“热红外线”，这是基于黑体辐射曲线的特性，典型的“热”物体，像是排气管，同样的物体通常在MW的波段会比在LW波段下来得更为明亮。

3.红外大气窗口

红外成像技术利用物体所发出的红外辐射进行成像，根据红外辐射在大气中的传输特性以及其吸收率的不同，将红外辐射分为三个波长区间：短波红外、中波红外和长波红外。其中，短波红外利用物体对短波红外辐射的反射进行成像，类似于可见光图像的分辨率和细节程度；而长波和中波红外则基于目标本身产生的热辐射进行成像，常用于各种红外热成像设备，如夜视设备。

由于红外辐射在大气层内传播时会受到大气分子和杂质颗粒对辐射的吸收和散射，这会引起辐射强度变化，被称为大气消光。大气消光的影响取决于波长，具有很强的波长选择性。在大气中，短波红外、中波红外和远红外有三个波段的透过率最高，称为“大气窗口”，它们分别位于1~3μm波段、3~5μm波段和8~14μm波段。

4.红外成像的特点

红外热成像技术可以被用于物体探测，利用光电技术感知物体所发出的红外辐射，并计算出其表面每个点的温度，以特定的颜色展示不同的温度，生成可视化的图像和图形。相较于人类的肉眼，在全黑暗环境下，红外热成像技术仍能探测物体，甚至在烟雾、灰尘等复杂环境下也能实现探测，且不需要额外的照明设备，因此具有全天候操作的优势。

由于红外热成像技术具有很好的隐蔽性、抗干扰性、目标识别能力强、全天候工作等优点，因此在军事和民用领域都发挥重要作用，并受到越来越广泛的关注。