Как найти инфракрасный луч

В школьных учебниках написано, что человек не видит инфракрасное (ИК) излучение. И все-таки его можно “увидеть” с помощью любой цифровой фотокамеры или мобильника. В качестве источника ИК подойдет пульт дистанционного управления, например, от телевизора.

На переднем торце пульта расположена лампочка. Если наблюдать за ней невооруженным глазом и нажимать кнопки пульта, никаких изменений не видно. Но попробуйте смотреть на лампочку через дисплей фотокамеры. При каждом нажатии на кнопку будет ясно видно, как лампочка пульта вспыхивает светло-фиолетовым светом.

Пульт посылает телевизору сигналы с помощью инфракрасного излучения. Они улавливаются специальным приемником в телевизоре.

Почему используют такой странный способ передачи?

Оказывается, системы на основе ИК даже более просты в изготовлении,чем системы с обычными световыми сигналами. Да и вспышки инфракрасного света нам не мешают – мы его просто не видим.

Что происходит, когда такая вспышка попадает в фотокамеру?

Камера воспринимает изображение миллионами светочувствительных датчиков. Они довольно хитро устроены – например,есть отдельные датчики для красного, зеленого и синего цветов. Это необходимо,чтобы можно было получить на экране цветное изображение. Например,если среагировал датчик красного цвета, то нужное место экрана будет подсвечиваться красным. Но все эти датчики немного реагируют также и на инфракрасное излучение. Поэтому мы и видим на экране вспышку обычного света, когда датчики улавливают яркую вспышку ИК от пульта. Если же таких ярких вспышек ИК нет (как обычно и бывает), описанный недостаток датчиков практически не влияет на получаемое изображение.

Тут многое зависит от того, что именно за ИК надо обнаруживать. Ведь инфракрасное – это всё, что до красного, и диапазон этот весьма широк. Поэтому и методы обнаружения там разные.

Универсальный метод – болометры. Это устройства, который являются приёмниками чистой энергии – она регистрируется по тепловому воздействию. И в этом случае по фигу, что регистрировать. Хоть видимый свет, хоть ближний ИК, хоть дальний. Более того, существуют приборы, где на одном кристалле сформирована матрица микроболометров, такие датчики способны выдавать натуральное изображение в ИК-диапазоне, в том числе и в дальнем ИК.

Для каких-то конкретных поддиапазонов могут применяться другие методы. Для ближнего ИК, до длины волны в 1,05 мк, годятся и обычные кремниевые фотодиоды или даже матрицы. Энергия кванта тут достаточна для генерации электронно-дырочных пар в кремнии, поэтому кремниевые датчики хоть и плохонько, но ИК с такими длинами волн регистрируют. Если же нужно уйти дальше по длине волны, то соответственно нужно брать другие материалы, с меньшей шириной запрещённой зоны. Германий, антимонид индия, соединения кадмий-ртуть-теллур и прочая экзотика – добро пожаловать в мир инфракрасной астрономии…

Ещё один тип детекторов ИК – пироэлектрические видиконы (пириконы). Это чем-то сродни болометру – регистрируется нагрев чувствительного элемента, но сама регистрация сигнала основана на изменении электрофизических параметров мишени под действием нагрева, тогда как в обычных болометрах могут меняться механические свойства датчика, как и в обычном градуснике.

Инфракрасный свет можно увидеть, если его импульсы будут короткими – тогда фотопигменты глаза получат достаточно фотонов, чтобы отреагировать на них и запустить передачу нервного импульса.

Мы знаем, что инфракрасное излучение не видно невооружённому человеческому глазу, или, говоря боле специальным языком, что оно находится за пределами видимой области электромагнитного спектра. Однако в некоторых случаях, как оказывается, инфракрасный свет можно увидеть.

Владимир Кефалов и его сотрудники из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) заметили, что во время экспериментов с инфракрасным лазером они время от времени видят зелёные вспышки. (На всякий случай ещё раз подчеркнём, что речь идёт о невидимом инфракрасном излучении, а не о красном свете от лазерной указки.) Эксперимент повторили при разных условиях, чтобы понять, когда именно появляются видимые вспышки; одновременно в литературе искали похожие случаи, когда человек был способен увидеть «что-то инфракрасное».

Выяснилось, как пишут авторы работы в Proceedings of the National Academy of Sciences, что «видимость» инфракрасного излучения зависела от длительности импульса: при одном и том же общем количестве фотонов более короткие импульсы с какого-то момента делались видимыми. Эксперимент повторили с клетками сетчатки мышей и человека, и результат оказался тот же: клетки чувствовали инфракрасный свет, если его подавали короткими импульсами.

Мы чувствуем световые электромагнитные волны благодаря работе пигментных молекул, которые ловят фотоны и запускают нейрохимический импульс, отправляющийся в мозг. Энергией, достаточной для возбуждения пигментной молекулы, обладают фотоны видимого света. Но если два инфракрасных фотона достаточно быстро попадут на пигментную молекулу в сетчатке, то у них есть все шансы вызвать реакцию: двойной удар «невидимых» фотонов окажется равен одному удару фотона «видимого». В перспективе этот феномен может найти применение в разработке оптических приборов, в том числе и медицинских – уже сейчас исследователи работают над новой моделью офтальмоскопа, которая позволила бы с помощью такой двухфотонной схемы получить более детальную информацию о том, что происходит в глазу.

Была ли эта статья полезной?