امواج مادون قرمز یا تابش‌های مادون قرمز یا به اختصار IR، ماهیتی الکترومغناطیسی داشته که بین دو ناحیه امواج رادیویی فرکانس بالا (مایکروویو) و ناحیه مرئی قرار گرفته‌اند. با توجه به طیف الکترومغناطیسی، بدیهی است که طول موج امواج مادون قرمز (ّIR) از ناحیه مرئی بیشتر است و در نتیجه ساختار چشم انسان قادر به تشخیص یا دیدن این امواج نیست.
در علم فوتونیک، به مجموعه ۳ ناحیه مادون قرمز (Infrared)، ناحیه مرئی (Visible) و فرابنفش (Ultraviolet)، ناحیه اپتیکی می‌گویند. از آنجایی که واژه اپتیک (Optic) را غالباً نور معنی می‌کنند، به امواج یا تابش مادون قرمز (IR)، نور مادون قرمز نیز می‌گویند. طول موج و فرکانس ناحیه اپتیکی در شکل زیر نشان داده است.
طول موج ناحیه مادون قرمز (فروسرخ) از حدود ۱ میلی‌متر در فرکانس ۳۰۰ گیگاهرتز شروع و تا لبه طول موج قرمز ناحیه مرئی در فرکانس ۴۳۰ تراهرتز گسترش می‌یابد. توجه داشته باشید که تعیین دقیق مرز بین ناحیه‌های طیف الکترومغناطیسی در اکثر مراجع با یکدیگر متفاوت است. به طور مثال برخی مراجع امواج میلی‌متری و تراهرتز را به دلیل کاربرد‌هایی خاص، علی‌رغم محدوده طول موجی بسیار کم در طیف الکترومغناطیسی، خود ناحیه‌ای جداگانه به حساب می‌آورند..
تاریخچه امواج مادون قرمز
کشف هرسل اولین گام در ایجاد پدیده‌ای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی می نامیم. نور مرئی و پرتوهای مادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود در زمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند.تنها با مطالعه این تشعشعات است که می توانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهان و تغییرات آن بدست آوریم. در سال ۱۸۰۰ سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعات را کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شکل از تشعشعات را مادون قرمز نامید.
کاربردهای امواج مادون قرمز
همان‌طور که در بخش‌های قبلی مشاهده کردید، دانشمندان برای راحتی کار در کاربردهای مختلف ناحیه مادون قرمز را به زیر ناحیه‌هایی کوچک‌تر تقسیم‌بندی کرده‌اند. پرداختن به تمامی کاربردهای امواج مادون قرمز از حوصله این مقاله خارج بوده و هر کاربرد خود مقاله‌ای جداگانه را طلب می‌کند. در ادامه مهم‌ترین کاربردهای امواج مادون قرمز را تیتروار بیان می‌کنیم.
دید در شب (Night Vision)
دوربین‌های دید در شب، همان‌طور که از نامشان مشخص است، جهت تصویر برداری در شب یا به طور کلی مکان‌هایی که نور مرئی کافی وجود ندارد استفاده میشوند. این دوربین‌ها غالباً از بالاترین لبه فرکانسی ناحیه مادون قرمز که همپوشانی محدودی با ناحیه مرئی دارد استفاده می‌کنند.
این دوربین‌ها فوتون‌هایی از محیط که دارای فرکانسی در محدوده ذکر شده هستند را دریافت کرده و به وسیله فرآیند‌ها شیمیایی و الکتریکی آنها را تقویت می‌کنند. توجه داشته باشید که دوربین‌های مادون قرمز دید در شب را با دوربین‌های حرارتی اشتباه نگیرید. دوربین‌های حرارتی تصویر را بر اساس محدوده دمایی از تابش‌های حرارتی تهیه می‌کنند.
ترموگرافی (Thermography)
از امواج مادون قرمز ساطع شده از یک جسم یا محیط، می‌توان از راه دور دمای آن را مشخص کرد. همچنین می‌توان از محیط با استفاده از تابش‌های حرارتی رسیده به آشکارساز، تصویری کیفی تهیه کرد. چنین تکنیک‌هایی به ترموگرافی معروف هستند. اساس کار دوربین‌های حرارتی نیز همین امر است.
ردیابی که بیشترین کاربرد آن در امور نظامی است، بر اساس سنسور‌هایی است که امواج مادون قرمز را تشخیص می‌دهند. بدیهی است که موتور موشک‌ها، هواپیما‌ها، ماشین‌ها و … مقدار بسیار زیادی گرما تولید می‌کنند. به عبارت دیگر از آنجایی که موتور گرم می‌شود، شروع به تابش‌های حرارتی می‌کند. همان‌طور که پیش‌تر بیان کردیم، تابش‌های حرارتی، ماهیتی الکترومغناطیسی داشته و در محدوده طول موجی امواج مادون قرمز هستند.
حال به وسیله سنسور‌هایی دقیق که توانایی تشخیص امواج مادون قرمز را داشته باشند، می‌توان روی یک سوژه تمرکز کرد و آن را دنبال کرد. یکی از روش‌های قفل کردن موشک روی یک هدف نظیر هواپیما، همین امر است.
گرمایی (Heating)
همان‌طور که پیش‌تر بیان کردیم، منابع مادون قرمز می‌توانند به عنوان منابعی گرمایشی به کار گرفته شوند. منابع گرمایشی مادون قرمز جهت یخ‌زدایی بال‌های هواپیما، سونا‌های خشک، پخت و پز و … استفاده شوند. از آنجایی که امواج مادون قرمز ماهیتی الکترومغناطیسی دارند، در برخورد با مواد نظیر امواج رادیویی یا مرئی می‌توانند جذب، بازتاب و … شوند. این پدیده‌ها خود تابعی از طول موج یا فرکانس امواج است.
در نتیجه برای افزایش بهره‌وری و جذب حداکثری تابش‌های گرمایی توسط مواد نیاز است تا پارامترهای اساسی ماده و طول موج امواج مادون قرمز (تابش‌های حرارتی) بررسی شوند.
اندازه‌گیری فیلم‌های نازک (Thin Film Metrology)
در صنعت نیمه‌هادی‌ها می‌توان از امواج مادون قرمز برای بررسی و به دست آوردن پارامترهای بنیادی ویفر‌ها و فیلم‌های نازک استفاده کرد. با تاباندن امواج مادون قرمز و بررسی. پدیده‌های جذب، عبور و بازتاب از ساختارهای مذکور می‌توان پارامترهای بنیادی نظیر گذردهی الکتریکی، گذردهی مغناطیسی، ضریب شکست و … را به دست آورد.
همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، کاربردهای امواج مادون قرمز بسیار گسترده بوده و پرداختن به تمامی آنها از حوصله این مقاله خارج است. تنها جهت اشاره، می‌توان موارد زیر را نام برد که امواج مادون قرمز در آنها کاربرد دارند.
- هواشناسی و بررسی جو: تصاویر مادون قرمز ماهواره‌ای جهت بررسی دمای اقیانوس‌ها، لایه‌های مختلف جوی، تراکم ابرها و …
- نجوم: تصویربرداری نجومی از اجرام و ابرهای فضایی
- هنر: تحلیل و تشخیص اصیل بودن اثر
- علوم پزشکی: تصویربرداری‌های پزشکی از بافت‌ها مختلف
- طیف‌سنجی: بررسی مولکولی و ساختار یک ماده
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.