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学院微电子技术前沿讲座题目：红外线技术学院：电子与信息工程学院班级：学号：姓名：2012年12月23日一，摘要红外技术的英文名称是：InfraredTechnique。红外技术的内容包含四个主要部分：1.红外辐射的性质，其中有受热物体所发射的辐射在光谱、强度和方向的分布；辐射在媒质中的传播特性--反射、折射、衍射和散射；热电效应和光电效应等。2.红外元件、部件的研制，包括辐射源、微型制冷器、红外窗口材料和滤光电等。3.把各种红外元、部件构成系统的光学、电子学和精密机械。4.红外技术在军事上和国民经济中的应用。由此可见，红外技术的研究涉及的范围相当广泛，既有目标的红外辐射特性，背景特性，又有红外元、部件及系统；既有材料问题，又有应用问题。自760nm至400μm的电磁波称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（-273.15℃）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类：近红外线与远红外线。关键词：红外辐射，电磁波，广泛的用途，红外线。二，红外线的发现红外技术发展的先导是红外探测器的发展。红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由英国科学家赫歇尔于1800年发现，又称为红外热辐射，他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。也可以当作传输之媒介。太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为(0.75-1)～(2.5-3)μm之间；中红外线，波长为(2.5-3)～(25-40)μm之间；远红外线，波长为(25-40)～l000μm之间。1830年以后，相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。19世纪，科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。20世纪初开始，测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。30年代，首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。三，红外线的物理特性1.有热效应红外线波长较长，（无线电、微波、红外线、可见光。波长按由长到短顺序），给人的感觉是热的感觉，产生的效应是热效应，那么红外线在穿透的过程中穿透达到的范围是在一个什么样的层次？如果红外线能穿透到原子、分子内部，那么会引起原子、分子的膨大而导致原子、分子的解体。真的是这样吗？而事实上呢？红外线频率较低，能量不够，远远达不到原子、分子解体的效果。因此，红外线只能穿透了原子分子的间隙中，而不能穿透到原子、分子的内部，由于红外线只能穿透到原子、分子的间隙，会使原子、分子的振动加快、间距拉大，即增加热运动能量，从宏观上看，物质在融化、在沸腾、在汽化，但物质的本质（原子、分子本身）并没有发生改变，这就是红外线的热效应。因此我们可以利用红外线的这种激发机制来烧烤食物，使有机高分子发生变性，但不能利用红外线产生光电效应，更不能使原子核内部发生改变。同样的道理，我们不能用无线电波来烧烤食物，无线电波的波长实在太长无法穿透到有机高分子间隙更不用说使其变性达到食物烤熟的目的。通过上述我们知道：波长越短，频率越高、能量越大的波穿透达到的范围越大；波长越长，频率越低、能量越小的波穿透达到的范围越小。四，红外线在生活中的应用红外线是波长介乎微波与可见光之间的电磁波，波长在760纳米至1毫米之间，是波长比红光长的非可见光。覆盖室温下物体所发出的热辐射的波段。透过云雾能力比可见光强。在通讯、探测、医疗、军事等方面有广泛的用途。俗称红外光。生活中高温杀菌，红外线夜视仪，监控设备，宾馆的房门卡，汽车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应，饭店门前的感应门。1、数码领域：如手机、电脑等。2、通信领域：如光纤网络。3、保健领域：低温远红外地暖、健康坊温热理疗仪、健康坊电位治疗仪、远红外线光波浴房、电气石汗蒸房、生物频谱能量屋五，红外线的分类一般来说，燃料燃烧、电热器具热源等放出的红外线多属于近红外线，由于波长较短，因此产生大量的热效应，长期照射人体后会产生灼伤皮肤及眼睛水晶体等伤害。波长更短的其它电磁波如紫外线、X射线及γ射线等，会使原子上的电子产生游离，对人体更有伤害作用。远红外线则不然，由于波长较长，能量相对较低，所以使用时相对较少烫伤之危害。远红外线也和家用电器所放射出的低频电磁波不同，家用电器所释出的低频电磁波可穿墙透壁及改变人体电流的特性，而被人们高度怀疑其危害性。远红外线在人体皮肤的穿透力仅有0.01至0.1厘米，人体本身也会放出波长约9微米的远红外线，所以和低频电磁波不可混为一谈。远红外线被用在许多疾病的辅助治疗上，例如筋骨肌肉酸痛、肌腱炎、褥疮、烫伤及伤口不易愈合等疾病，都可以利用远红外线促进血液循环的特性，而达到辅助治疗的目的。六，远红外的医疗作用远红外线的发现公元1800年德国科学家赫歇尔发现太阳光中的红外线外侧所围绕著一种用肉眼无法看见的光源，波长介于5.6-1000UM的「远红外线」，经过这种光源照射时，会对有机体产生放射、穿透、吸收、共振的效果。美国太空总署(NASA)研究报告指出，在红外线内，对人体有帮助4-14微米的远红外线，能渗透人体内部15cm，从内部发热，从体内作用促进微血管的扩张，使血液循环顺畅，达到新陈代谢的目的，进而增加身体的免疫力及治愈率。但是根据黑体辐射理论，一般的材料要产生足够强度的远红外线，并不容易，通常必须藉助特殊物质作能量的转换，将它所吸收的热量经由内部分子的振动再发放较长波长的远红外线出来。生命科学研究证实，人体本身是一个远红外辐射源，他可以吸收及发射远红外光，它所发射5.6um-15um远红外线占总能量的整个人体50%以上。所以当远红外线照射人体时，其频率与身体中的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一致时，引起共振效应，其能量最高且能被生物体所吸收，使皮下组织深层部位的温度升高，产生的热效应使水分子活化，处于高能状态，加速人体需要的生物酶的合成，同时活化蛋白质等生物分子，从而增强机体免疫力和生物细胞的组织再生能力，加速供给养分和酵素，促进身体健康。1、激活了生物大分子的活性2、使生物体的分子处于较高振动状态这样便激活了核酸蛋白质等生物大小分子的活性，从而发挥了生物大分子调节机体代谢、免疫等活动的功能，有利于机能的恢复和平衡，达到防病治病的目的。3、促进和改善血液循环远红外作用于皮肤后，大部分能量被皮肤所吸收被吸收的能量转化为热能，引起皮温升高，刺激皮肤内热感受器，通过丘脑反射，使血管平滑肌松弛，血管扩张，血液循环加快。另一方面，由于热作用，引起血管活性物质的释放，血管张力降低，浅小动脉，浅毛细管和浅静脉扩张，血液循环加快，血液循环得以改善。（通过中国医学科学院血液病研究所检测，20分钟可使微循环血流量提高114%）。4、增强新陈代谢如果人体的新陈代谢发生紊乱，引起体内外物质的交换失常，那么，各种疾病将会不约而至，诸如水和电解质代谢的紊乱，将给生命带来危险；糖代谢紊乱所致的糖尿病；脂代谢紊乱引起的高脂血症，肥胖症；蛋白质代谢紊乱引起痛风等等。通过远红外热效应,可以增加细胞的活力调整神经液机体,加强新陈代谢，使体内外的物质交换处于平稳状态。5、提高人体免疫功能免疫是人体的一种生理保护反应，它包括细胞免疫和体液免疫两种，对人体防御功能和抗感染作用有极其重要的作用。经临床观察，远红外保健品确有提高机体的巨噬细胞吞噬功能，增强人体的细胞免疫和人体液免疫功能，有利于人体的健康。6、具有消炎，消肿的作用7、镇痛作用远红外的热效应，降低了神经末梢的兴奋性，血液循环的改善，水肿的消退，减轻了神经末梢的化学和机械刺激。以上种种原因，均起到缓解疼痛的作用。远红外线由于以上功能和作用，所以对于治疗和辅助治疗的范围是非常广泛的，尤其是对于一些慢性疑难病症，效果极佳。七，红外线在军事上的应用主动式红外夜视仪具有成像清晰、制作简单等特点，但它的致命弱点是红外探照灯发出的红外光会被敌人的红外探测装置发现。60年代，美国首先研制出波动式的热像仪，它不发射红外光，不易被敌发现，并具有透过雾、雨等进行观察的能力。1982年4月─6月，英国和阿根廷之间爆发马尔维纳斯群岛战争。4月13日半夜，英军攻击阿根廷守军据守的最大据点斯坦利港。3000名英军布设的雷区，突然出现在阿军防线前。英国的所有枪支、火炮都配备了红外夜视仪，能够在黑夜中清楚地发现阿军目标。而阿军却缺少夜视仪，不能发现英军，只有被动挨打的份。在英军火力准确的打击下，阿军支持不住，英军趁机发起冲锋。到黎明时，英军已占领了阿军防线上的几个主要制高点，阿军完全处于英军的火力控制下。6月14日晚9时，14000名阿军不得不向英军投降。英军领先红外夜视器材赢得了一场兵力悬殊的战斗。1991年海湾战争中，在风沙和硝烟弥漫的战场上，由于美军装备了先进的红外夜视器材，能够先于伊拉克军的坦克而发现对方，并开炮射击。而伊军只是从美军坦克开炮时的炮口火光上才得知大敌在前。由此可以看出红外夜视器材在现代战争中的重要作用。透视望远镜就像F717晚上把夜视开启来，再加个滤光镜，就可以透视了，不过对全棉的衣服透视效果最差。这本来是一项有用的功能，然而很快用户就发现这种红外线夜视镜片的功能不仅可应用于夜间望远而且还可以透过人的衣服偷看到身体。而制造这种夜视附件的厂商为YAMADADENSHI，这家公司原本是为军队及防卫及应用生产光传摄像头的。红外热成像仪起源：六十年代早期，瑞典AGA公司研制成功第二代红外成像装置，它是在红外寻视系统的基础上以增加了测温的功能，称之为红外热像仪。开始由于保密的原因，在发达的国家中也仅限于军用，投入应用的热成像装置可的黑夜或浓厚幕云雾中探测对方的目标，探测伪装的目标和高速运动的目标。由于有国家经费的支撑，投入的研制开发费用很大，仪器的成本也很高。以后考虑到在工业生产发展中的实用性，结合工业红外探测的特点，采取压缩仪器造价。降低生产成本并根据民用的要求，通过减小扫描速度来提高图像分辨率等措施逐渐发展到民用领域。六十年代中期，AGA公司研制出第一套工业用的实时成像系统（THV），该系统由液氮致冷，110V电源电压供电，重约35公斤，因此使用中便携性很差，经过对仪器的几代改进，1986年研制的红外热像仪已无需液氮或高压气，而以热电方式致冷，可用电池供电；1988年推出的全功能热像仪，将温度的测量、修改、分析、图像采集、存储合于一体，重量小于7公斤，仪器的功能、精度和可靠性都得到了显著的提高。九十年代中期，美国FSI公司首先研制成功由军用技术（FPA）转民用并商品化的新一红外热像仪（CCD）属焦平面阵列式结构的一种凝成