miniatura|Esquema de l'espectre electromagnètic Linfraroig o infravermell (també radiació infraroja o radiació infravermella) és la part de l'espectre electromagnètic amb una longitud d'ona més llarga que la llum visible però més curta que la radiació de microones. El seu nom significa 'per sota del vermell', perquè el vermell és el color de la llum visible amb una longitud d'ona més grossa. La radiació infravermella s'estén al llarg de tres ordres de magnitud amb longituds d'ona d'entre 700 nanòmetres i 1 mil·límetre. Tot i que els vertebrats no poden percebre la radiació infravermella en forma de llum, sí que la poden percebre com a calor per unes terminacions nervioses especialitzades de la pell conegudes com a termoreceptors.
Història Els infraroigs van ser descoberts a començaments del per l'astrònom anglès d'origen alemany William Herschel. Herschel va col·locar un termòmetre de mercuri sobre l'espectre solar obtingut per un prisma de vidre, amb la finalitat de mesurar la calor emesa per cada color. Va descobrir que la calor era més forta al costat de l'extrem vermell de l'espectre i va observar que allí no hi havia llum. Aquesta va ser la primera experiència que mostrà que la calor pot transmetre's com una forma invisible de radiació. Els primers detectors de radiació infraroja van ser els bolòmetres, instruments que captaven la radiació infraroja per l'augment de temperatura produït en un detector.
Ubicació dins l'espectre electromagnètic La radiació infraroja forma part de l'espectre electromagnètic, que inclou totes les freqüències de les ones electromagnètiques, i s'ordena en funció de la freqüència dels senyals i de la seva longitud d'ona d'acord amb el que s'indica a la taula següent:
Tipus de radiació Freqüència Longitud d'ona Ionitzant > 3000 THz < 100 nm Ultraviolada (UV) 750 - 3000 THz 100 - 400 nm Visible 385 - 750 THz 400 - 780 nm Infraroja (IR) 0,3 - 385 THz 0,78 - 1000 µm Microones 0,3 - 300 GHz 1 - 1000 mm Radiofreqüències (RF) 0,1 - 300 MHz 1 - 3000 m Extremes Baixes Freqüències (ELF) 0 - 300 Hz = 5000 km
Diferents regions de la radiació infraroja miniatura|Una fotografia d'un arbre, alternativament es mostra la imatge presa amb llum infraroja i la presa amb llum visible. Els objectes emeten radiació infraroja al llarg de tot l'espectre de longituds d'ona, però atès que habitualment els sensors són dissenyats per detectar la radiació dins d'un interval de longituds d'ona, la banda infraroja s'acostuma a dividir en diverses seccions.
Esquema de la CIE La Comissió Internacional d'Il·luminació (habitualment coneguda com a CIE a causa del seu nom francès, Commission internationale de l'éclairage) recomana la divisió de la radiació infraroja en tres bandes espectrals:
IR-A: 700 nm–1400 nm IR-B: 1400 nm–3000 nm IR-C: 3000 nm–1 mm
Una altra divisió en bandes espectrals força habitual en enginyeria és aquesta:
infraroig proper (NIR o IR-A), 0,75–1,4 µm, definits per l'absorció en aigua i utilitzat habitualment en la comunicació per fibra òptica, gràcies a la poca absorció en vidres de SiO₂. infraroig mitjà (MIR): infraroig d'ona curta (SWIR o IR-B), 1,4–3 µm, l'absorció en aigua augmenta considerablement a 1.450 nm infraroig d'ona mitjana (MWIR o IR-C), 3–8 µm infraroig d'ona llarga (LWIR o IR-C), 8–15 µm infraroig llunyà (FIR), 15–1.000 µm
Esquema ISO 20473 L'Organització Internacional per a l'Estandardització (ISO) ha especificat a la norma "ISO 20473:2007" el següent esquema:
Designació Abreviació Longitud d'ona Infraroig proper NIR 0,78–3 µm Infraroig mitjà MIR 3–50 µm Infraroig llunyà FIR 50–1000 µm
Esquema utilitzat a l'astronomia A l'astronomia s'acostuma a dividir l'espectre infraroig d'aquesta manera:
Proper: de (0.7-1) a 5 µm Mitjà: de 5 a (25-40) µm Llunyà: de (25-40) a (200-350) µm
Aquestes divisions no són precises i varien en funció de la publicació i són utilitzades per a l'observació de diferents intervals de temperatura a l'espai.
Esquema de l'infraroig a les telecomunicacions miniatura|Feix de fibres òptiques. A les telecomunicacions basades en la utilització de la llum, la part de l'espectre infraroig se subdivideix encara en més bandes espectrals, en funció de la resposta de detectors, amplificadors, fonts i fibres òptiques:
BandaDescripcióLongitud d'onaBanda OOriginal1260–1360 nmBanda E Estesa 1360–1460 nmBanda S Ona curta1460–1530 nmBanda C Convencional1530–1565 nmBanda L Ona llarga1565–1625 nmBanda U Ona ultrallarga1625–1675 nm
La banda C és la predominant a les xarxes de telecomunicació de llarga distància. Les bandes S i L es basen en tecnologies poc desenvolupades i tenen poca utilització.
A les longituds d'ona adjacents a les de la llum visible i fins a aquelles d'unes poques micres (micròmetres, µm), els fenòmens associats són essencialment els mateixos que els de la llum visible, tot i això cal tenir present que la resposta dels materials a la llum visible no és en absolut indicatiu del comportament que presenten davant la llum infraroja. Per exemple, per a longituds més enllà de 2 micres, el vidre normal que trobem a les nostres cases és opac, el mateix passa amb molts gasos, el que implica que hi hagi finestres d'absorció (intervals de longituds d'ona) a les que l'aire és opac i, per tant, haurà una sèrie de freqüències de l'espectre solar que no ens arribaran i no podran ser observades sobre la Terra. Entre 3 i 5 micres hi ha una finestra que correspon al pic d'emissió de radiació infraroja dels cossos molt calents, aquesta banda s'utilitza per exemple en els sistemes de seguiment i recerca d'objectius d'alguns tipus de míssils.
Per contra, hi ha molts materials que els nostres ulls són perfectament opacs però que són més o menys transparents a les longituds d'ona de la radiació infraroja. Per exemple, el silici i el germani presenten una opacitat tan reduïda a aquestes longituds d'ona que són utilitzats per a la fabricació de lents i fibres òptiques (l'atenuació que presenten és de l'ordre de 0,2 dB/km en el cas d'una longitud d'ona de 1550 nm). A més, molts tipus de plàstic sintètic presenten una bona transparència a aquestes radiacions.
Per a longituds d'ona més grans el comportament s'assimila més al que trobem en el cas de les ones de ràdio.
Aplicacions Termografia miniatura|Imatge termogràfica d'un gos en la banda infraroja. Les zones més brillants corresponen zones més calentes del cos. La radiació infraroja està associada sovint a la calor, ja que els objectes a temperatura ambient o superior emeten radiació principalment concentrada en la banda de l'infraroig mitjà. Això permet utilitzar els infraroigs per determinar la temperatura d'objectes a distància (si se'n coneix l'emissivitat). Aquesta tècnica s'anomena termografia o, en el cas d'objectes molt calents, pirometria. La termografia s'utilitza bàsicament en aplicacions industrials i militars.
Les càmeres tèrmiques detecten la radiació infraroja entre els 900 i els 14.000 nm de l'espectre electromagnètic (0,9 a 15 µm) i produeixen imatges. Atès que la radiació infraroja és emesa per tots els objectes en funció de la seva temperatura, d'acord amb la llei de la radiació d'un cos negre, la termografia fa possible “veure” l'entorn amb il·luminació visible o sense. La quantitat de radiació que emet un objecte s'incrementa amb la temperatura, per tant, la termografia permet veure la variació de la temperatura dels cossos, d'aquí el seu nom.
Visió nocturna Els infraroigs també s'utilitzen en els equips de visió nocturna quan la quantitat de llum visible és insuficient per veure els objectes. Els dispositius de visió nocturna funcionen per mitjà d'un procés que converteix els fotons de la llum ambient en electrons que són amplificats utilitzant mètodes químics i elèctrics i després convertits un altre cop en llum visible, que es presenta en una pantalla en forma d'imatges que poden ser monocromes, els objectes més calents es mostren com els més lluminosos, o també es pot utilitzar un sistema de falsos colors per representar les diferents temperatures. La utilització de fonts de radiació infraroja permet augmentar la quantitat de llum ambient que pot ser utilitzada pels dispositius de visió nocturna per generar les imatges, incrementant la visibilitat sense utilitzar llum visible. Els aparells de visió nocturna s'han estès entre els exèrcits de molts països perquè permeten les operacions militars durant la nit en millors condicions de visibilitat dels objectius.
Comunicacions miniatura|Un telèfon mòbil amb un port de comunicació per infrarojos de tipus IrDA. Per mitjà d'aquest canal podem intercanviar informació entre l'ordinador i el telèfon, telèfons, imatges, sons, etc. La transmissió de dades a través de la radiació infraroja també s'utilitza en aplicacions de comunicació a curta distància, com per exemple entre els ordinadors i els seus perifèrics, o entre els ordinadors i els PDA o els telèfons mòbils. Aquests aparells que incorporen aquest tipus de comunicació segueixen generalment un estàndard publicat per la Infrared Data Association o IrDA. Un altre ús molt comú és el que fan els comandaments a distància, que generalment utilitzen els infraroigs en comptes d'ones de ràdio, ja que així no interfereixen amb altres senyals electromagnètics com els senyals de televisió. Els infraroigs són adequats per a ser utilitzats en interiors i en presència de les persones, no traspassen les parets i no poden interferir amb els aparells que pugui haver a les altres habitacions. Tant els comandaments a distància com els aparells IrDA utilitzen díodes emissors de llum per generar una radiació infraroja que esdevé un feix estret en passar per una lent de plàstic, aquest feix és modulat per codificar les dades a transmetre. Del costat del receptor hi ha un fotodíode de silici que converteix la radiació infraroja que rep en un corrent elèctric, i que només respon al senyal polsant que crea l'emissor, filtrant la radiació infraroja de l'ambient, que canvia a poc a poc.
La comunicació òptica a través de l'aire utilitzant un làser d'infraroigs és una alternativa relativament barata (especialment si ho comparem amb el cost un enllaç de fibra òptica) per a enllaços de comunicacions a àrees urbanes, aquests enllaços operen a més de 4 gigabit/s (4000 Mbps).
A les comunicacions a través de fibra òptica s'utilitzen làsers d'infraroigs per aconseguir la llum necessària per transmetre la informació, la radiació utilitzada acostuma a ser d'una longitud d'ona al voltant de 1330 nm (si es vol aconseguir una mínima dispersió) o 1550 nm (per aconseguir una millor transmissió) en el cas de les fibres òptiques estàndards de silici.
Escalfament La radicació infraroja pot ser utilitzada com una font de calor. Les seves aplicacions en aquest camp van des de la calefacció domèstica fins a sistemes per treure el glaç de les ales dels avions, passant per escalfadors especials per a tractaments de fisioteràpia o els escalfadors d'aliments. També hi ha aplicacions en el camp de la indústria: formació de plàstics, tancament de contenidors plàstics, soldadura de plàstics, etc.
Meteorologia miniatura|Fotografia d'Europa a la banda infraroja presa pel Meteosat el 29 de febrer del 2008. Els satèl·lits meteorològics són equipats amb escànners que treballen a la banda infraroja que permeten obtenir imatges que permeten determinar l'espessor i el tipus dels núvols o calcular la temperatura de la superfície de la terra i de l'aigua. Aquests sensors treballen entre els 10,3 i els 12,5 µm.