红外线的由来

1.1.1　红外线的由来

1672年，人们发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成，同时，世界最伟大的科学家艾萨克·牛顿（Isaac Newton）爵士得出了单色光在性质上比白色光更简单的著名结论。使用分光棱镜（prism）就可把太阳光（白光）分解为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色单色光。

1800年，英国皇家天文学家弗里德里希·威廉·赫歇尔（Friedrich Wilhelm Herschel）在寻找新的光学介质（optical medium）的时候发现了红外线（infrared）。他在研究各种色光的热能（thermal energy）时，有意地把暗室的唯一窗户用暗板堵住，并在板上开了一个矩形孔，孔内装一个分光棱镜。当太阳光通过棱镜时，便被分解为彩色光带（colour light band），并用温度计去测量光带中不同颜色所含的热能。为了与环境温度（ambient temperature）进行比较，他在彩色光带附近放几支作为比较用的温度计来测定周围环境温度。试验中，他偶然发现一个奇怪的现象:放在光带红光外的一支温度计，比室内其他地方的温度（temperature）显示数值高。经过反复试验，这个所谓热能最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布太阳发出的辐射（radiation）中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线（hotline）”，它位于红色光外侧，被称为红外线。红外线是自然界中存在的最为广泛的一种电磁辐射（electromagnetic radiation），具有与无线电波及可见光一样的本质，它的电磁波（频）谱［electromagnetic wave （frequency）spectrum］是介于可见光的红光之外与微波之间的区域，因此，我们的肉眼无法直接查看到。温度在绝对零度（absolute zero;－273℃）以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。

理论分析和实验研究表明，不仅太阳光中有红外线，而且任何温度高于绝对零度的物体都在不停地辐射红外线。就如冰和雪，因为它们的温度远远高于绝对零度，所以也在不断地辐射红外线。任何“热”的物体虽然不发光但都能辐射红外线，因此，红外线又称为热辐射线（thermal rays），简称热辐射（thermal radiation）。

1840年，弗里德里希·威廉·赫歇尔爵士的儿子约翰·赫歇尔（John Herschel）在一张薄油膜上生成了世界上第一张所谓的“热像图（thermal images）”或称热成像图（thermography figure），使人们对热辐射的测试成为可能。

另一个重大突破是在1880年，由美国人塞缪尔·皮尔伯恩特·兰利（Samuel Pierpont Langley）取得的，他发明了测热辐射仪。据说该仪器可以测到400m之外的热辐射。

通过红外探测器（infrared detectors）将物体辐射的功率信号转换成电信号后，成像装置的输出信号就可以完全一一对应地模拟扫描（scanning）物体表面温度的空间分布，经电子系统处理，传至显示屏上，得到与物体表面热分布相应的热成像图。运用这一方法，便能实现对目标进行远距离热状态的图像成像和测温，并进行分析判断。

现代意义上的首批红外热探测系统是在1914—1918年的第一次世界大战期间开始研制的。在1935—1945年第二次世界大战中，德国人用红外变像管作为光电转换器件，研制出了主动式红外夜视仪（active infrared night vision）和红外通信设备，为红外技术的发展奠定了基础。

第二次世界大战后，由美国德克萨兰仪器公司经过近一年的探索，开发研制了第一代用于军事领域的被动式红外热成像装置（passive infrared thermal imaging device），称为红外寻视系统（forward looking infrared;前视红外仪）。期间，因军事保密原因，防止了红外热成像发展状况的泄露。这种保密技术直到20世纪50年代才被公开，后来随着50年代锑化铟和锗掺汞光子探测器的发展，才开始出现高速扫描和实时显示目标热成像的图像系统。

20世纪60年代早期，瑞典AGA公司研制成功第二代液氮制冷红外热成像装置。它是在红外寻视系统的基础上增加了测温的功能，称为红外热成像仪（infrared thermal imager）或称红外热像仪（infrared camera）。这个阶段的红外热成像仪使用时非常不方便且笨重。

直到1986年研制的红外热成像仪已无须液氮或高压气，而以热电方式制冷，可用电池供电;1988年推出的全功能红外热成像仪，将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体，重量低于7kg，仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著地提高。20世纪90年代中期，第三代焦平面微热型红外热成像仪（focal plane of the micro-thermal-type infrared thermal imager）开始由军用转为民用，并且均带有测温功能。

红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃，为研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新的广阔道路。