主题：神奇的红外世界 来源：技术物理研究所网站 作者：黄志明

红外线是介于可见光红端与微波之间的电磁辐射，其波长范围从0.75微米至1000微米。为人眼不可见光线部分。自从1800年英国天文学家威·赫谢耳(W. Herschel)在研究太阳光谱的热效应时发现以来，它在信息技术与通讯、保健与生命科学、国防与太空、科研与教育等领域中发挥出越来越重要的作用。
根据红外辐射在地球大气层中传输特性的不同，可分为：
近红外：波长范围0.75～3微米
中红外：波长范围3～6微米
远红外：波长范围6～15微米
极远红外：波长范围15～1000微米
四个波段。每一个波段的应用都非常广泛。下面分别作简单的介绍：
I．近红外波段
    近红外波段在通讯、药物检测、资源探测等领域存在大量应用。大家熟悉的是通讯用光纤，全球现正在以每秒1000米的速度铺设。估计到2005年左右，跨洋光纤光缆将接近60万公里，足以绕地球15周。使得宽带网络和信息服务已成为我们生活中的一部分。
II. 中、远红外波段
    这两个波段是目前使用得最多的红外波段，在国防和民用上得到广泛使用。如车库、电梯门的安全传感器、电视机遥控器、便携式红外温度计、夜间起作用的光电电灯开关、PC计算机到键盘及打印机的红外耦合，以及在公共厕所中自动开关水龙头的红外开关等。车库门和电梯门通常采用一束不可见的红外光，当有人进出时就能被探测，关门动作就会停止。类似的电光眼还用于记录校准航迹、滑雪、赛跑等方面。电视机遥控器发射功率极低的编码脉冲红外光束，由电视机探测解读为变换频道等指令。红外温度计能测量人体的红外热发射从而推得病人的身体温度，这在去年的“抗非典”战斗中曾发挥了较大作用，那时我们可以看到机场、车站等公共场所匹配了各式各样的红外测温装置。根据天色开关城市街灯的光电开关已用了50多年。自动红外感应传感器已用在公共厕所中开关水龙头和抽水马桶。其应用当然不只局限在上面的简单省事动作上，它确实增加了对人类和自然的更深层的了解和利用：
1．在探测大气中的很多气体和污染物的应用。由于通常每个化合物都有其特定的吸收谱，根据其是否存在及其浓度而择优吸收其中透过的光束的不同波长。探测方法往往能实现遥测，因为光束可从远处射向物体，而其成分和此远方的场景周围气体的信息可从背散射光推得。实际上，在某些情形用光学遥感探测化合物的距离可从几米直到几百公里。这一能力大大改变了我们测量环境的途径，在环境和大气监测领域取得巨大进步。
(1)开路气体监测：光学气体监测是用一束光（光束可达几百米至几公里）通过开放的空气或使之通过一采样室，光线的选择吸收使我们能探测到化合物的存在并且定量测定其浓度。通常是用一常规的光学摄谱仪或傅立叶变换红外光学分光计来实现的，用望远镜将光束导向大气。现在开路气体监测已经用来探测来自环境工业污染源的有机化合物、废气等，收集生产化学品、生物制剂或核材料的证据。
(2)激达（激光雷达）遥感：激达是用一束激光在十米至几公里之外指向远处的靶标、烟雾层或气体云，并根据背散射光的探测推得云层或靶标的距离与组成。加上光谱波长控制，可调谐的激达能探测到并图示大气或烟尘中的臭氧、水汽和其它污染气体。如灵敏度高的激达已经用来标示来自圣海伦斯火山和皮那图波火山喷出的火山灰云层的全球性运动。机载激达系统已用来描绘出洛杉矶盆地上空烟霾密度的距离分辨图。激达和开路光学光谱仪结合使用探测尾气，给出气体流量。激达还有一重要的应用，就是测车速的警用激达。激达超过雷达的优点是，由于激光束很细，能从很多汽车中选出一辆，测量到车辆的距离，精确度可达几厘米。但由于激达仪器价格仍然较贵，目前更多的是应用于研究而不是商用。另外，应用激达时对人眼的安全性一直备受关注，通常解决的办法是增加向大气发射的激光束斑的尺寸，这样即使眼睛直接看到，其强度也在人眼允许的安全值以下。
(3)光学环境生物传感器：将光激活的生物感受器和光电探测器结合起来，做成新型的光学生物传感器。当存在痕量的已知的化学或生物物质时，生物传感器的材料会改变其颜色或其它光学性质，对于许多环境化学物和生物制剂，都能提供极佳的特异性和灵敏度。这类光学生物传感器材料大多都用酶、DNA、抗体基荧光标记或其它生物传感器，或是当存在特定物质时能改变其颜色或荧光的光激活生物制剂。将生物传感器放在光纤探头或波导的末端作为仪器的感知端，也有使用带有化学渗透膜的化学微腔。这些技术已在制药业用来制作测试盒，也作为DNA探针用于聚合酶链式反应。