作者: 时间:2025-01-21
在光学领域中,红外线分类多样,近中远红外与短波中波长波红外的关系常引发混淆。实际上,两者并不完全等同,虽存在部分波长范围重叠,但定义依据和应用场景各有差异。准确理解它们的区别与联系,对光学研究、技术应用等意义重大。
在表格中,分类有近红外、中红外、远红外、短波红外(SWIR)、中波红外(MWIR)、长波红外(LWIR)、可见光波段与太赫兹波段,并且在波段一列中,括号外为常见波段区间,括号内为其他资料反馈,本文资料均取自网络(百度、维基百科、Google、各大实验室公开数据等)。
根据红外探测器材料的响应特性进行分类,可以看出短波中波长波红外分类与材料的响应特性息息相关。其中光子探测器材料有硫化铅(PbS):是1μm~3μm波段应用很广的器件,一般为多晶薄膜结构。在室温下可工作,阻值适中,响应率高,但响应时间常数较大,电阻温度系数大;硒化铅(PbSe):工作在3μm~5μm波段,有单元和多元器件,可在常温工作,其性能随工作温度降低有所提高,光电导型器件可以在常温工作,但性能稍低,不如低温时高;锑化铟(InSb):通常工作在77K,以光伏型为主,有单元、多元器件,线列可长达256以上,灵敏度高、响应速度快,是3μm~5μm波段最成熟、应用最广的探测器,广泛用于热成像、制导、跟踪、探测、告警等;碲镉汞(HgCdTe):通过调节Hg可以实现带隙从0-0.8eV的连续可调,覆盖了中波红外(3μm-5μm)和长波红外(8μm-14μm)两个波段,量子效率高,器件光响应大、响应率高;锗掺汞(Ge:Hg):在碲镉汞探测器成熟之前,是工作在8μm~14μm的主要长波探测器,属于杂质光电导探测器,以锗材料为基体,掺入汞杂质。为减少热激发影响,需在很低温度下工作,一般在30K以下;硅掺镓(Si:Ga):也是一种杂质型光电导探测器,以硅材料为基体,掺入镓杂质会有不同的响应波长,但必须工作在很低的温度,应用受到限制,不过由于其可以和Si信号处理器电路单片集成,受到一定重视。热探测器材料氧化钒(VOx):是一种非制冷红外探测器的主流敏感材料,其响应波段为8μm~14μm,具有较高的灵敏度和较好的稳定性,能够迅速且准确地响应红外辐射,将无形的红外辐射转化为可分析和研究的电信号;非晶硅(a-Si):可用于制造非制冷型红外探测器,响应波段通常在8μm~14μm左右,但与氧化钒相比,其灵敏度和稳定性相对较低。
分类 |
波段(常见) |
分类依据侧重点 |
近红外 |
0.75μm-2.5μm(或0.75μm-3μm等) |
基于电磁波波段特性,与分子倍频和合频相关 |
中红外 |
2.5μm-25μm(或3μm-30μm等) |
用于分子结构分析 |
远红外 |
25μm-1000μm(或30μm-1000μm等) |
与1分子转动和基团振动光谱有关 |
短波红外(SWIR) |
1.4μm-3μm(或0.9μm-1.7μm等) |
考虑探测器响应及远距离通信等应用 |
中波红外(MWIR) |
3μm-8μm |
探测器特性及追热导向导弹技术应用 |
长波红外(LWIR) |
8μm-15μm(或7μm-14μm等) |
探测器适用范围及热成像应用 |
可见光波段 |
380nm-780nm(或400nm-700nm等) |
人眼视觉感知特性 |
太赫兹波段 |
0.1THz-10THz,30μm-3mm |
电磁波特性及独特应用领域 |
近红外与短波红外有一定重叠部分,例如短波红外的1.4-3μm部分在近红外的0.75-2.5μm范围内。
中波红外的3-8μm范围在中红外的常见定义范围2.5-25μm内。
图1:近红外、中红外、远红外
图2:短波红外(SWIR)、中波红外(MWIR)、长波红外(LWIR)
从整体波长范围来看,近红外、中红外、远红外的范围更广,包含了短波红外、中波红外、长波红外未涉及的部分。例如,近红外的上限2.5μm以上部分,在短波红外定义中未涵盖;远红外下限25μm以下部分,长波红外未覆盖。
分类的依据对近红外、中红外与远红外而言,主要是与用于反馈各类分子特性,不同波段应用于不同分子应用;对于短波红外(SWIR)、中波红外(MWIR)、长波红外(LWIR)而言,主要是探测器应用,诸如长距离通信、热成像应用等,不同的分类方法基于不同的原理和应用需求,导致它们不能简单地等同。