| Home | Conceitos | Materiais | PbSnTe | Espectro | Processos | Rheed | Reconstrução | Junções | Caracterização |

O espectro infravermelho
O  infravermelho é a porção do espectro eletromagnético limitada pelo visível no lado de menor comprimento de onda (Conceitos) e pelas microondas no lado de maior comprimento de onda. Os limites e subdivisões dessa faixa espectral não são muito bem definidos, havendo uma certa confusão na literatura. Esta forma de radiação foi descoberta por acaso em 1800 por Sir William Herschel, que inicialmente a designou como the invisible rays, the thermometrical spectrum, the rays that occasion heat e dark heat. O termo infravermelho só aparece na literatura por volta de 1880.  O curioso e até mesmo constrangedor na visão de Hudson  é que não tenha sido possível identificar o seu autor. Aceita-se, mas de modo não completamente satisfatório, que devido à raiz obviamente latina, o termo tenha sido introduzido de modo natural na literatura. Em latim infra significa em baixo de ou abaixo de, desta forma a região do infravermelho é a região abaixo do vermelho. Isto fica evidente na equivalência em outros idiomas: infrarouge no Francês, infrared no Inglês, infrakrasnye no Russo e infrarot  no Alemão. Deve-se notar que o termo é um adjetivo composto,  mas pode ser normalmente usado como substantivo.

O termômetro foi o primeiro sensor utilizado pelos pioneiros na investigação desta nova forma de radiação eletromagnética. Aliás foi o próprio William Herschel o primeiro a suspeitar de certas semelhanças entre esta nova forma de radiação e a radiação visível.  Em 1829 Nobili desenvolve o primeiro termopar (*), baseado na descoberta por Seebeck do efeito termelétrico em 1821. E em 1833 Melloni constrói a primeira termopilha (*) colocando vários termopares em série e obtém um dispositivo 40 vezes mais sensível que o melhor termômetro da época. Por volta de 1880, Langley desenvolve o primeiro bolômetro (*), 30 vezes mais sensível que a termopilha de Melloni. E só em 1917 surge o primeiro fotocondutor, desenvolvido com sulfeto de tálio por Case, mais sensível e rápido que os dispositivos anteriores.

Desde a descoberta por Herschel até o fim dos anos 30, o desenvolvimento na região do infravermelho foi lento e voltado principalmente à sensores térmicos.  Isto é, dispositivos que mediam a alteração de certas propriedades dos materiais em função do incremento na temperatura. O primeiro dispositivo a fazer uso da interação direta entre fótons e a estrutura eletrônica do material, foi o fotocondutor de Case. Durante a II Guerra Mundial, o desenvolvimento de dispositivos fotocondutores foi enorme, notadamente na Alemanha, onde se percebeu pela primeira vez, um ganho de sensibilidade abaixando-se a temperatura de operação do dispositivo.

Embora durante a II Guerra tenha havido grande desenvolvimento de dispositivos para o infravermelho, poucos chegaram ao nível de produção em larga escala. Mas o interesse e investimentos militares no período pós-guerra continuaram dando impulso ao setor até o fim da guerra fria, no final dos anos 80. Neste período, grande avanço foi conseguido em materiais e dispositivos não só para uso militar, mas também industrial e científico.

É em parte devido ao destacado interesse militar no setor, que algumas confusões de nomenclatura existem. Os dispositivos militares tipicamente utilizam as faixas de 3 – 5 µm ou 8 – 14 µm, devido à pouca absorção da atmosfera terrestre nestes comprimentos de onda, como mostra a figura abaixo. São as chamadas janelas atmosféricas e suas faixas designadas respectivamente por infravermelho médio (MIR – “Middle Infrared”) e infravermelho distante (FIR – “Far Infrared”).

A faixa de 0,7 ou 0,75 µm até 2,5 ou 3 µm é chamada de infravermelho próximo (NIR – “Near Infrared”). A janela de 8 – 14 µm, também costuma ser designada por infravermelho termal, por compreender a região onde se encontra o pico de emissão de qualquer corpo na faixa de temperatura de –50ºC à 50ºC. É também comum na literatura a notação: SWIR – “Short Wavelength Infrared”, MWIR – “Middle Wavelength Infrared” e LWIR – “Long Wavelength Infrared” para as faixas acima.

Espectro de transmissão da atmosfera terrestre, nas faixas do infravermelho próximo, médio e distante. O espectro corresponde a uma camada de 1830 m de ar ao nível do mar e com 40% de umidade relativa a 25ºC. Na parte de baixo da figura estão indicadas as linhas de absorção de alguns componentes do ar atmosférico, responsáveis pela forma da curva de transmissão. Vê-se por exemplo que o gás carbônico (CO2), absorve acentuadamente nas faixas de 2,7 µm, 4,26 µm e acima de 14 µm, fazendo com que a transmissão do ar seja baixa nestas regiões. É importante ressaltar que a figura refere-se à uma camada de ar de quase 2 kilometros. Obviamente para distâncias menores ocorre também uma absorção menor, alterando o formato da curva.

Por outro lado, o espectro vibracional característico de moléculas, (impressão digital) da maior parte das substâncias orgânicas situa-se na faixa de 2,5 – 25 µm, que é designada pelos espectroscopistas como infravermelho médio e acima de 25 µm como infravermelho distante. No limite superior do infravermelho, a separação com a faixa de microondas também é indefinida. Alguns autores estabelecem 1000 µm como comprimento de onda limite do infravermelho, enquanto outros consideram este limite como sendo 100 µm e a faixa de 100 – 1000 µm como faixa sub-milimétrica. De qualquer modo, esta faixa superior é uma região difícil, com poucas fontes confiáveis, poucos materiais com boa transparência, forte difração e absorção por vapor de água e poucos detectores disponíveis. Nesta Home Page, salvo especificação contrária, será adotada a subdivisão utilizada por Hudson que parece mais comum na literatura principalmente na área de sensores. A Tabela 1 resume esta subdivisão, onde as siglas em inglês foram mantidas.

Tabela 1: Subdivisões do Infravermelho
ired.gif (2858 bytes)

| Home | Conceitos | Materiais | PbSnTe | Espectro | Processos | Rheed | Reconstrução | Junções | Caracterização |


 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


 
 

 

 

 

 

 

 

REFERÊNCIAS
Use o comando BACK (VOLTAR) do seu navegador para retornar ao texto
Richard D. Hudson Jr. "Infrared System Engineering". John Wiley and Sons Inc., 1969.
E. Scott Barr. The infrared Pioneers-I. Sir William Herschel. Infrared Physics. 1961, Vol. 1, pp. 1-4.