적외선

전자기파의 종류
전파적외선가시광선자외선X선감마선

1 개요

赤外線, infrared light(혹은 그냥 infrared)
적외선은 가시광선보다 파장이 긴 전자기파다. 넓은 뜻의 빛이지만, 사람 눈에 보이지는 않는다. 단 자외선과 마찬가지로 일부 동물과 곤충들은 적외선을 볼 수 있다. 가시광선 영역에서 빨간 색 쪽으로 벗어나므로 적외선이라고 부르는 것이다. 파장의 범위는 0.74 µm ~ 300 µm 정도지만, 사실 엄밀한 기준이 있는 것은 아니다.[1]

적외선은 파장이 길어 에너지가 낮은 편이라 자외선처럼 화학적/생물학적 반응은 잘 일으키지 못하고, 주로 열을 전달한다. 이 때문에 열선이라고도 한다.

1800년에 윌리엄 허셜이 처음으로 발견하였다. 천왕성 발견한 남매 중 오라버니 분 맞다. 또한 허셜우주망원경에도 이름이 들어갔다.

2 파장별 분류

적외선을 파장별로 대략 아래처럼 분류할 수 있다. 아래 그림에서 중간중간 투과를 못하는 부분은 적외선이 이산화탄소나 수증기등에 의해 흡수되는 영역이다. 특히 중파장 적외선과 장파장 적외선 사이의 5~8 µm 대역의 넓은 구간은 금방 대기중에 흡수되어 대기중에서는 실용적으로 쓰기 어려운 파장대역이다.

적외선 파장에 따른 대기의 투과율
  • 근적외선(Near-infrared). 파장이 0.75-1.4 µm 정도. 광섬유 성분인 이산화규소에 잘 흡수되지 않아 광섬유통신에 사용된다. 열영상이 아닌 광증폭형 야시 장비가 잘 반응하는 파장이기도 하다. 초기형 적외선 유도 미사일들은 이 대역의 파장만 볼 수 있었는데, 전투기에서 이 파장이 적외선은 뜨겁게 달궈진 엔진 부품쪽에서만 나왔다. 그래서 초기형 적외선 유도 미사일들은 엔진 배기구가 보이지 않는 정면에서는 미사일이 적기를 포착하지 못하는 문제가 있었다.
  • 단파장 적외선(Short-wavelength infrared). 1.4-3 µm. 장거리 통신의 주 파장(1530-1560nm)이 여기에 속한다.
  • 중파장 적외선(Mid-wavelength infrared). 3-5 µm의 파장을 가진다. 이 파장대역은 항공기와 미사일의 배기가스에서 많이 나오며, 고속비행중 마찰 열기에 의해서도 생성된다. 덕분에 이 파장대역을 감지하는 센서가 등장하면서 미사일들이 적 항공기를 전방에서도 조준할 수 있게 되었다.
  • 장파장 적외선(Long-wavelength infrared). 파장이 8-15 µm로써, 열영상을 찍는데 주로 사용되는 영역이다. 군용으로는 초음속으로 접근해오는 적 항공기 및 미사일 조기 탐지용으로도 많이 쓴다. 초음속 비행중 공기마찰에 의해 열이 나는데, 이때 이 장파장 적외선 대역의 적외선이 가장 많이 방출되기 때문.
  • 원적외선(Far-infrared). 15 - 1,000 µm로써 레이저 형태가 아닌 다음에야 활용처가 없는 적외선. 우리나라에서는 원적외선이 건강에 좋다는 광고가 따라붙지만 사실 피부를 1mm도 못 뚫는다. #

3 적외선의 활용

3.1 야간 관측

적외선은 열영상을 얻는데 사용된다. 생물체나 엔진, 천체 등 발열이 있는 것은 무엇이든 적외선을 방출하므로 이것을 영상화 하면 깜깜한 밤에도 사람이나 장비를 관측할 수 있다. 열상장비. 대개 적외선 관측장비나 센서는 자체의 온도가 낮아야 (당연히) 피사체의 적외선을 잘 감지할 수 있으므로, 자체의 냉각이 매우 중요하다. 대표적으로 AIM-9과 같은 적외선 감지 미사일이나, 적외선 망원경등 모든 적외선 관련 장비는 자체 냉각 시스템을 갖추고 있다.

3.2 온도 측정

열과 밀접한 관련이 있으므로, 적외선을 쏘아 물체를 가열하는데 쓰이기도 하고, 반대로 물체가 내는 적외선을 분석하여 온도 측정이나 열 흐름의 측정에도 쓰인다.
Infrared_dog.jpg
몰라 뭐야 이 개 무서워[2]
개를 적외선 촬영한 모습이다. 가시 광선이 아니므로 색이 있을 수 없지만, 구별하기 쉽도록 온도가 높으면 노랑, 낮으면 파랑/검정으로 색을 입힌 것이다.
참고로 빈의 변위법칙(λ=0.28978cm/T, T는 절대온도)에 의해서 인체(309.5K)가 복사하는 전자기파는 9µm 정도의 적외선 영역에서 가장 많이 방출된다. 여기서 주의할 것은 9µm영역 정도의 적외선만 방출하는 게 아니라는 사실이다. 흑체 복사는 모든 영역의 파장에서 이뤄질 수 있다. 다만, 9µm영역 정도에서 가장 많은 전자기파가 방출된다는 뜻이다(즉, 그래프상 마루가 이 지점에서 형성된다).

3.3 기상 분석

기상 정보 분석에도 쓰인다. 적외선으로 찍은 위성사진으로 구름의 높이와 종류를 알 수 있고, 지면/해수면의 온도도 알 수 있다고 한다. 이는 기상 분석의 정보로 활용된다고 한다.

적외선 위성 사진

3.4 통신

광케이블을 이용한 유선 통신에도 쓰이고, 케이블 없이 무선 통신에도 쓰인다.
무선 통신은 흔히 "적외선 통신"이라고 하며, 적외선 LED와 수신기를 이용해서 근거리에서 선 없이 통신하는 기능이다. 주로 TV 리모콘에나 쓰이는 기능으로 인식하는데, 상당수의 노트북에 이 기능이 있다. 노트북이 있다면 옆면을 한번 보자. 만약 검고 투명해 보이는 네모난 플라스틱 쪼가리가 있으면 십중팔구 적외선 포트다. 노트북 뿐만 아니라 예전 핸드폰에도 이 기능이 흔히 들어 있었다. 요즘은 스마트폰이 대세라 보기 어렵지만, Wi-Fi, 블루투스 등의 무선 통신이 안되던 예전에는 적외선 통신이 되는 핸드폰이 꽤 흔했다. 사실 핸드폰 이전 스마트폰의 전신이라할수있는 PDA 때부터 장착되기 시작하였으며 처음에는 연락처를 전송하는용도로 [3]사용되다가 후에는 앱 전송,무선동기화,게임 멀티플레이어,TV리모콘,무선키보드연결용도[4]사용할수있었다. 당연한 이야기겠지만 스마트폰이 등장했을때는 부피큰 적외선 포트를 설치 안 해도 되고 속도가 더 빠른 Wi-Fi, 블루투스로 대체되었다.[5][6] "잘라파고스"인 일본에서는 연락처 교환 등에 아직도 많이 쓰이는 듯 하다. 포켓몬스터도 GBA 후기 부터 팩에 장착했고, 5세대부터 본격적으로 유저간 통신에 사용하고 있다[7]. 무선통신기능이 있는 3DS에서도 적외선 통신 포트가 존재한다.

3.5 분광분석법

Infrared Spectroscopy

분자에 적외선을 쪼이면 분자가 가지고 있는 결합에 따라 특징적인 파장대의 적외선을 흡수하게 된다. 이것을 이용하여 물질, 특히 유기화학에서는 작용기(functional group)의 유무를 구분해낼 수 있다. 흔히 그냥 IR이라고 부르고, IR을 찍으면 각 물질마다 서로 다른 특이한 흡수 그래프를 나타내므로 물질의 정체를 밝혀내는데 유용하다. 물론 시험에 나오면 찢어버리고 싶을 뿐

3.6 군사목적

개인화기에 추가로 장착하여 조준점을 만들어주는 용도로 쓰이기도 하며,[8] 현대전은 갈수록 야간 전투의 중요성이 높아지고 있기 때문에, 적외선은 자외선에 비해 군사적인 활용도가 높아서 장거리에서도 탐색이 가능할 정도의 정밀한 적외선 검출 소자나 탐색기에 사용되는 부품 등은 민간에서는 구하기 어렵고 국제적으로도 수출입이 통제되는 경우가 많다.

군용 적외선 장비중 대표적인 것으로 FLIR과 IRST가 있다.

한편 "적외선 유도탄" 이라고 불리는 일부는 적외선을 활용하여 목표물을 추적해 쫓아가는 메커니즘을 갖고 있다.

3.7 의료시술용

물리치료 분야의 대표적인 온열자극형 치료기법. 표피 내부의 깊은 곳까지 열을 전달하여 혈액순환을 돕고 세포재생을 촉진하며 병원균 저항력을 키우는 원리이다.

흔히 "적외선 조사기" 라고 불리는 붉은 불빛이 나오는 스탠드가 대중적인데, 재활의학과 혹은 통증의학과에서 볼 수 있는 스탠드형의 물건은 각종 근육통 및 관절 통증, 허리 통증 등에 효과가 있다고 알려져 있다. 한편 이비인후과에 가서도 볼 수 있는데, 이건 마치 헤어드라이어(…)처럼 생겼으며 직접 손으로 들고 귀에다 대고 있어야 한다.

오랫동안 쬐고 있으면 은은한 열감이 느껴지며, 과용을 막기 위해 타이머가 장착되어 있는 경우가 많다. 이비인후과의 헤어드라이어 미니 조사기는 달랑 1분 정도면 타이머가 끝나지만, 통증의학과에서는 그 이상으로 쬐기도 한다.

3.8 보안용

적외선 경보기로 도둑이나 기타 침입자를 막는데 쓴다.

4 기타

에너지가 낮으므로 보통은 위험하지 않다. 그러나 적외선이 강력하게 나오는 환경, 예를 들어 산업현장 같은 곳에서는 눈을 다칠 수 있으니 보호 장비를 착용해야 한다. 적외선은 눈에 보이지 않으니 이런 환경에서는 한층 더 조심해야 한다.

사이드와인더 같은 방울뱀들은 적외선을 느낄 수 있다. 다만 그 효용성은 알려진 바 없다고. 구렁이나 일부 박쥐들도 적외선을 느낄 수 있다고 한다.
  1. ↑ 때문에 가시광선에 매우 가까운 짧은 파장의 적외선의 경우, 개인에 따라 희미하게 보이는 경우도 있는 듯 하다. 본인들 말로는 매우 어두운 붉은색으로 희미하게나마 보인다고 한다. 알아볼 방법으로 아주 어두운 곳에서 스마트폰의 적외선 센서가 작동하는것을 보면 된다. 물론 화면은 검은색으로 나옴과 동시에 적외선 센서를 작동시키는 방법은 알아서..
  2. ↑ 품종은 포메라니안으로 추정된다.내가 보기엔 너구리지만
  3. ↑ 지금은 망한 PDA제조사인 Palm사는 이걸 광고로 써먹었다.
  4. ↑ 그런데 이 무선키보드라는게.. 일단 PDA본체의 적외선포트에 거울을 낀다음 키보드를 위치를 맟추어줘야 했었다,즉 2~3cm밖에 안떨어졌다. 또한 전용키보드에 기기를 꽂는거에 비해 더불편했었다.
  5. ↑ 여담이지만 블루투스가 상용화 되었을때도 Palm 사는 마지막 PDA인 TX에도 이 적외선 포트를 장착시켰었다. 그리고 HP한테 먹혔다.
  6. ↑ 다만 적외선 포트가 소형화된 탓인지 갤럭시 S4 이후의 모든 스마트폰에 적외선 포트가 내장되어 있다. 그래서 이런 스마트폰은 리모콘 용도로도 쓸 수도 있다.
  7. ↑ DS부터는 무선통신기능이 추가되었기 때문에 좀 의아하겠지만. 하트골드 소울실버부터 적외선 통신기능이 등장하면서 편리성으로 정착 무선통신보다 다소 빠른데다 데이터안전상의 문제로 하는 통신 진입시의 리포트작성이 없기 때문에 간편하기도하다.
  8. ↑ 물론 영화에서 보는 그런 "빨간 불빛 점" 으로 보여줄 수도 있지만, 그렇게 하면 조준 목표가 자신이 조준당하고 있음을 알 가능성이 있다. 따라서 작전의 특수성에 따라서는 적외선으로 조준할 필요가 있다. 이 경우는 따로 야간투시경이 더 필요하다.