Інфрачерв а сное випромінювань е ня, ІК випромінювання, інфрачервоні промені, електромагнітне випромінювання, що займає спектральну область між червоним кінцем видимого світла (з довжиною хвилі l = 0,74 мкм) і короткохвильовим радіовипромінюванням (l ~ 1-2 мм). Інфрачервону область спектра зазвичай умовно поділяють на ближню (l від 0,74 до 2,5 мкм), середню (2,5-50 мкм) і далеку (50-2000 мкм).
І. і. було відкрито в 1800 англійським ученим В. Гершелем, який виявив, що в отриманому за допомогою призми спектрі Сонця за межею червоного світла (т. е. в невидимій частині спектра) температура термометра підвищується (рис. 1). У 19 ст. було доведено, що І. та. підпорядковується законам оптики і, отже, має ту ж природу, що і видиме світло. У 1923 радянський фізик А. А. Глаголєва-Аркадьева отримала радіохвилі з l ~ 80 мкм, т. е. відповідні інфрачервоному діапазону довжин хвиль. Таким чином, експериментально було доведено, що існує безперервний перехід від видимого випромінювання до І. і. і радіохвильовому і, отже, всі вони мають електромагнітну природу.
Спектр І. і., Так само як і спектр видимого і ультрафіолетового випромінювань, може складатися з окремих ліній, смуг або бути безперервним залежно від природи джерела І. і. Збуджені атоми або іони випускають лінійчатих інфрачервоні спектри. Наприклад, при електричному розряді пари ртуті випускають ряд вузьких ліній в інтервалі 1,014-2,326 мкм; атоми водню - ряд ліній в інтервалі 0,95-7,40 мкм. Збуджені молекули випускають смугасті інфрачервоні спектри, обумовлені їх коливаннями і обертаннями (див. молекулярні спектри ). Коливальні і коливально-обертальні спектри розташовані головним чином в середній, а чисто обертальні - в далекої інфрачервоної області. Так, наприклад, в спектрі випромінювання газового полум'я спостерігається смуга близько 2,7 мкм, що випускається молекулами води, і смуги з l »2,7 мкм і l» 4,2 мкм, що випускаються молекулами вуглекислого газу. Нагріті тверді і рідкі тіла випускають безперервний інфрачервоний спектр. Нагріте тверде тіло випромінює в дуже широкому інтервалі довжин хвиль. При низьких температурах (нижче 800 К) випромінювання нагрітого твердого тіла майже цілком розташоване в інфрачервоної області і таке тіло здається темним. При підвищенні температури частка випромінювання у видимій області збільшується і тіло спочатку здається темно-червоним, потім червоним, жовтим і, нарешті, при високих температурах (вище 5000 К) - білим; при цьому зростає як повна енергія випромінювання, так і енергія І. і.
Оптичні властивості речовин (прозорість, коефіцієнт віддзеркалення, коефіцієнт заломлення) в інфрачервоній області спектра, як правило, значно відрізняються від оптичних властивостей у видимій і ультрафіолетовій областях. Багато речовин, прозорих у видимій області, виявляються непрозорими в деяких областях І. і. і навпаки. Наприклад, шар води завтовшки в декілька см непрозорий для І. і. з l> 1 мкм (тому вода часто використовується як теплозахисний фільтр), пластинки германію і кремнію, непрозорі у видимій області, прозорі в інфрачервоній (германій для l> 1,8 мкм, кремній для l> 1,0 мкм). Чорний папір прозорий в далекої інфрачервоної області. Речовини, прозорі для І. і. і непрозорі у видимій області, використовуються як світлофільтри для виділення І. і. Ряд речовин навіть в товстих шарах (декілька см) прозорий в чималих ділянках інфрачервоного спектра. З таких речовин виготовляються різні оптичні деталі (призми, лінзи, вікна та ін.) Інфрачервоних приладів. Наприклад, скло прозоро до 2,7 мкм, кварц - до 4,0 мкм і від 100 мкм до 1000 мкм, кам'яна сіль - до 15 мкм, йодистий цезій - до 55 мкм. Поліетилен, парафін, тефлон, алмаз прозорі для l> 100 мкм. У більшості металів відбивна здатність для І. і. значно більше, ніж для видимого світла, і зростає зі збільшенням довжини хвилі І. і. (Див. металооптика ). Наприклад, коефіцієнт відбиття Al, Au, Ag, Cu при l = 10 мкм досягає 98%. Рідкі і тверді неметалічні речовини володіють в І. і. селективним віддзеркаленням, причому положення максимумів віддзеркалення залежить від хімічного складу речовини.
Проходячи через земну атмосферу, І. і. послаблюється в результаті розсіювання і поглинання. Азот і кисень повітря не поглинають І. і. і послаблюють його лише в результаті розсіювання, яке, однак, для І. і. значно менше, ніж для видимого світла. Пари води, вуглекислий газ, озон і ін. Домішки, наявні в атмосфері, селективно поглинають І. і. Особливо сильно поглинають І. і. пари води, смуги поглинання яких розташовані майже у всій інфрачервоній області спектра, а в середній інфрачервоній області - вуглекислий газ. У приземних шарах атмосфери в середньої інфрачервоної області є лише невелике число «вікон», прозорих для І. і. (Рис. 2). Наявність в атмосфері зважених часток - диму, пилу, дрібних крапель води (серпанок, туман) - приводить до додаткового ослаблення І. і. в результаті розсіювання його на цих частках, причому величина розсіяння залежить від співвідношення розмірів часток і довжини хвилі І. і. При малих розмірах частинок (повітряний серпанок) І. і. розсіюється менше, ніж видиме випромінювання (що використовується в інфрачервоній фотографії), а при великих розмірах крапель (густий туман) І. і. розсіюється так само сильно, як і видиме.
Джерела І. і. Потужним джерелом І. і. є Сонце, близько 50% випромінювання якого лежить в інфрачервоній області. Значна частка (від 70 до 80%) енергії випромінювання ламп розжарювання з вольфрамовою ниткою доводиться на І. і. (Рис. 3). При фотографуванні в темноті і в деяких приладах нічного спостереження лампи для підсвічування забезпечуються інфрачервоним світлофільтром, який пропускає тільки І. і. Потужним джерелом І. і. є вугільна електрична дуга з температурою ~ 3900 До, випромінювання якої близько до випромінювання чорного тіла, а також різні газорозрядні лампи (імпульсні і безперервного горіння). Для радіаційного обігріву приміщень застосовують спіралі з ніхромового дроту, що нагріваються до температури ~ 950 К. Для кращій концентрації І. і. такі нагрівачі забезпечуються рефлекторами. У наукових дослідженнях, наприклад, при отриманні спектрів інфрачервоного поглинання в різних областях спектру застосовують спеціальні джерела І. і .: стрічкові вольфрамові лампи, штифт Нернста, глобар, ртутні лампи високого тиску і ін. Випромінювання деяких оптичних квантових генераторів - лазерів також лежить в інфрачервоній області спектра; наприклад, випромінювання лазера на неодімовим склі має довжину хвилі 1,06 мкм, лазера на суміші неону і гелію - 1,15 мкм і 3,39 мкм, лазера на вуглекислому газі - 10,6 мкм, напівпровідникового лазера на InSb - 5 мкм і ін.
Приймачі інфрачервоного випромінювання засновані на перетворенні енергії І. і. в інші види енергії, які можуть бути виміряні звичайними методами. Існують теплові і фотоелектричні приймачі І. і. У перших поглинене І. і. викликає підвищення температури термочутливого елемента приймача, яке і реєструється. У фотоелектричних приймачах поглинене І. і. призводить до появи або зміни електричного струму або напруги. Фотоелектричні приймачі, на відміну від теплових, є селективними приймачами, тобто. Е. Чутливими лише в певної області спектра. Спеціальні фотоплівки і пластинки - інфрапластінкі - також чутливі до І. і. (до l = 1,2 мкм), і тому в І. і. можуть бути отримані фотографії.
Застосування І. і. І. і. знаходить широке застосування в наукових дослідженнях, при вирішенні великого числа практичних завдань, у військовій справі та ін. Дослідження спектрів випускання і поглинання в інфрачервоній області використовується при вивченні структури електронної оболонки атомів, для визначення структури молекул, а також для якісного і кількісного аналізу сумішей речовин складного молекулярного складу, наприклад моторного палива (див. інфрачервона спектроскопія ).
Завдяки відмінності коефіцієнтів розсіювання, відбиття і пропускання тіл у видимому і І. і. фотографія, отримана в І. і., володіє рядом особливостей в порівнянні зі звичайною фотографією. Наприклад, на інфрачервоних знімках часто видно деталі, невидимі на звичайній фотографії (див. Ст. інфрачервона фотографія ).
У промисловості І. і. застосовується для сушки і нагріву матеріалів і виробів при їх опроміненні (див. інфрачервоний нагрів ), А також для виявлення прихованих дефектів виробів (див. Послуги з дефектоскопії ).
На основі фотокатодов, чутливих до І. і. (для l <1,3 мкм), створені спеціальні прилади - електроннооптичні перетворювачі , В яких не видиме оком інфрачервоне зображення об'єкта на фотокатоде перетвориться у видиме. На цьому принципі побудовані різні прилади нічного бачення (біноклі, приціли і ін.), Що дозволяють при опроміненні спостережуваних об'єктів І. і. від спеціальних джерел вести спостереження або прицілювання в повній темряві. Створення високочутливих приймачів І. і. дозволило побудувати спеціальні прилади - теплопеленгатори для виявлення і пеленгації об'єктів, температура яких вища за температуру навколишнього фону (нагріті труби кораблів, двигуни літаків, вихлопні труби танків і ін.), по їх власному тепловому І. і. На принципі використання теплового випромінювання мети створені також системи самонаведення на ціль снарядів і ракет. Спеціальна оптична система і приймач І. і., Розташовані в головній частині ракети, приймають І. і. від мети, температура якої вище температури навколишнього середовища (наприклад, власне І. і. літаків, кораблів, заводів, теплових електростанцій), а автоматичне стежить пристрій, пов'язаний з кермом, направляє ракету точно в ціль. Інфрачервоні локатори і далекоміри дозволяють виявляти в темряві будь-які об'єкти і вимірювати відстані до них.
Оптичні квантові генератори, випромінюючі в інфрачервоної області, використовуються також для наземного і космічного зв'язку.
Літ .: Леконт Ж., Інфрачервоне випромінювання, пров. з франц., М., 1958; Дерібере М., Практичні застосування інфрачервоних променів, пров. з франц., М.-Л., 1959; Козелкин В. В., Усольцев І. Ф., Основи інфрачервоної техніки, М., 1967; Соловйов С. М., Інфрачервона фотографія, М., 1960; Лебедєв П. Д., Сушка інфрачервоними променями, М.-Л., 1955.
В. І. Малишев.
Мал. 1. Досвід В. Гершеля. Термометр, поміщений за червоною частиною сонячного спектра, показав підвищену температуру в порівнянні з контрольними термометрами, розташованими збоку.
Мал. 3. Криві випромінювання абсолютно чорного тіла A і вольфраму B при температурі 2450 К. Заштрихованная частина - випромінювання вольфраму в інфрачервоній області; інтервал 0,4-0,74 мкм - видима область.
Мал. 2. Крива пропускання атмосфери в області 0,6 - 14 мкм. Смуги - «вікна» прозорості: 2,0 - 2,5 мкм, 3,2 - 4,2 мкм, 4,5 - 5,2 мкм, 8,0 - 13,5 мкм. Смуги поглинання з максимумами при l = 0,93; 1,13; 1,40; 1,87; 2,74 мкм належать пар а м води; при l = 2,7 і 4,26 мкм - вуглекислого газу і при l »9,5 мкм - озону.