红外线，也叫红外光，是波长长于无线电波但短于可见光的电磁辐射。红外线的波长范围没有严格的定义，一般认为波长从大约1毫米（即频率为300 GHz）到700纳米（频率为430 THz）属于红外光。

几乎所有接近室温的物体的黑体辐射都在红外波长范围内。作为电磁辐射的一种类型，红外光具有能量、动量、辐射压力等物理性质，并具有波粒二象性的特性。红外光在工业、科学、军事、工商业等领域有广泛应用。红外天文学可以观测分子云、行星、星系等天体。军事应用包括目标获取、监视、夜视、自导和跟踪等等。工商业用途包括热效率分析、环境监测、工业设施检查、远程温度感测、短距离无线通信、和天气预报等等。

历史

人们很早就知道热的物体可以发出肉眼不可见的能量。中医经典《黄帝内经-素问-异法方宜论》论述 “北方者，天地所闭藏之域也。其地高陵居，风寒冰冽，其民乐野处而乳食，脏寒生满病，其治宜灸焫。“，即指出艾灸具有温热驱寒的功效，而艾灸的热量大部分就是以红外线的方式发射的。1681年，法国物理学家埃德姆·马略特（Edme Mariotte, 1620-1684）发现玻璃虽然对可见光透明，但是却能阻挡某种看不见的热辐射。

德裔英国科学家弗里德里希·威廉·赫歇尔（Frederick William Herschel, 1738-1822）在1800年首次通过实验证实了红外线的存在。赫歇尔通过棱镜将阳光分解后，发现在红光区域以外的某种不可见辐射可以加热温度计。赫歇尔将这种辐射称为热射线，并认为它和可见光是相同的物质。最终赫歇尔发现阳光中有一半以上的能量是以红外光的形式存在。几十年后麦克斯韦电磁理论才证实包括红外线在内的电磁波都属于光。

物理性质

红外线的物理性质和其它电磁辐射一样，在真空中都以光速传播，并且具有干涉、衍射、极化等物理特性。由于波长较短，红外线无法像无线电波一样衍射绕过多数障碍物。

红外光经常被称为热辐射，但实际上其它频率的光也可以加热物体，例如阳光和白炽灯光都可以辐射热量。常见的热辐射不仅包括红外光，还包含无线电波、可见光、紫外线等不同波段的光以及各种分子原子成分的发射谱。在非常高的温度下，热辐射的光谱峰值可以延伸到可见光、紫外线甚至X射线，例如太阳的日冕。通常认为红外光就是热辐射只是因为常见物体的温度较低，因此其热辐射谱的峰值恰好在红外线波段。

发射率是研究红外光形式的热辐射的一个重要概念。它描述物体表面热辐射与理想黑体的偏差。如果两个物体处于相同的物理温度，但它们的发射率不同，那么它们的红外光也会不同：具有较高发射率的物体在红外图像上看起来会更热，而具有较低发射率的物体看起来会更冷。

应用

由于常见物体包括人体都会发出红外线，红外光在热成像以及和物体温度有关的领域有大量应用。一些生物也可以感知红外线。除此之外，红外线还可以用于检测、光谱学、以及天文学等方面的技术。

夜视设备

夜视设备使用红外线在没有足够可见光的环境下观察。夜视设备通过将环境中的红外线光子转换为电信号，然后通过化学和电磁学手段放大这些信号，最后将其转换成可见光来辅助观察。需要注意的是，夜视设备和热成像并非相同的技术：热成像是根据物体表面温度差异创建图像的技术，而夜视设备是利用红外线辅助观察的技术。

热成像

红外线热成像可以用于测量物体的温度。类似的在可见光或近红外光谱的技术称为测温术。热成像主要用于军事和工业，但随着生产成本的大幅降低，该技术也开始进入公众市场，例如在汽车上使用红外摄像头。

热成像相机能够探测电磁波谱中红外范围（波长大约9到14微米）的辐射，并生成该辐射的图像。根据黑体辐射定律，红外辐射的光谱峰值和温度有关，热成像可以观察到环境中温度的变化。

红外追踪

红外追踪，也称为红外寻踪，是一种被动导弹制导系统。它利用目标的红外光来追踪目标。使用红外追踪的导弹常被称为热导弹，因为常见的较热物体会辐射大量红外光。例如人、汽车发动机、飞机引擎等等会持续产生热量并辐射红外线，相比可见光波段它们在红外光谱下更加明显。

红外加热

红外线可以用于加热，例如红外桑拿、飞机机翼除冰等等。红外线也可以用于烹饪，其优势在于红外线仅加热不透明物体比如食物，而不会加热周围的空气。

红外加热技术在制造业中也越来越受欢迎，例如涂料固化、塑料成型、退火、塑料焊接和印刷干燥。在这些应用中，红外加热器可以取代烘烤和接触加热技术。

红外冷却

最新技术正在尝试利用红外线来为建筑或其它系统制冷。其中特别有用的是长波红外线（波长8到15微米），因为大气层不会吸收这个波段的红外线，所以它可以携带热量逃逸到外太空。一种被称为被动辐射制冷（PDRC）的技术已经能够在太阳直射情况下实现低于环境温度的制冷效果而且无需耗能。PDRC的装置表面可以降低短波吸收以减少热量，同时保持较强的长波红外线热辐射进行制冷。

红外气象学

配备辐射仪的气象卫星能够生成热红外图像，帮助气象学家确定云的高度和类型，计算陆地和水体表面温度，并定位海洋表面特征。扫描通常在10.3至12.5微米波长范围内进行。气旋和积雨云等等通常显示为红色或黑色，而层云或层积云等显示为蓝色或灰色，炎热的陆地表面显示为深灰色或黑色。一些气象卫星可以拍摄波长范围为6.40至7.08微米的红外线以显示大气中的水分含量。热红外图像的主要优点是可以在夜间生成图像，可以不分昼夜监视天气变化。

热红外图像也能够标记海洋涡旋并绘制出洋流，这对海运非常有价值。这种技术还可以描述陆地和水体的温度，帮助农民保护作物免受霜冻以及渔民增加海产品捕获，甚至可以观测和监视厄尔尼诺现象。

红外天文学

天文学家可以观测天体在红外线波段的图像来研究可见光看不到的物理性质。例如银河系中的较低温的分子云可能受其内部星体的辐射加热产生热辐射，从而发出红外线。红外线还可以探测正在演化成恒星的原恒星。另外恒星在红外光波段的辐射相对较弱，可以帮助天文学家探测到附近较冷的行星等天体。而在可见光波段，恒星的辐射会淹没行星反射的光线。红外光还对观测活跃星系核非常有用，因为它们通常被星际气体和尘埃所遮蔽。高红移的天体的光谱会向更长的波长移动，因此它们在红外光波段更容易被观测到。

地面红外望远镜的灵敏度受到大气中的水蒸气限制。水蒸气会吸收一部分来自太空中的红外线。一般可以通过将望远镜观测站建在高海拔地区或使用气球或飞机搭载望远镜来缓解水蒸气吸收。太空望远镜则不受水蒸气干扰，所以太空被认为是进行红外天文学观测的理想环境。由于大多常见物体的温度都可以辐射大量红外线，红外望远镜的组件需要仔细避免受到热源的影响，并使用液氦冷却。

红外数据传输

红外数据传输常被用于短距离通信。这些设备通常遵循由红外数据协会（IrDA）发布的标准。遥控器和红外设备使用红外光发射二极管（LED）发射红外辐射，可以通过透镜将其聚焦成瞄准接收器的光束。接收器可以解读红外光束携带的信号实现远程控制。通常使用低于800纳米的红外线进行短距离通信，因为这个波长可以被廉价的硅光电二极管有效检测到，并将信号转换为电流。该电信号通过一个高通滤波器，保留由红外发射器产生的快速脉冲，但滤除环境光中的缓慢变化的红外辐射。红外通信在人口密集的室内使用非常有用。红外无法穿透墙壁，因此不会干扰相邻房间中的其他设备。红外是遥控器控制家电最常见的方式。

红外振动光谱学

红外振动光谱学是一种通过分析分子内化学键来识别分子的技术。分子中的每个化学键以其特征频率振动。分子中的一组原子可能由于整体上的伸展和弯曲运动而具有多种振动模式。如果振动导致分子中的偶极矩发生变化，则它将吸收与频率相同的光子。大多数分子的振动频率对应于红外光的频率。通常，该技术使用来自中红外光谱的辐射来研究有机化合物。记录样品吸收频率的光谱可以用来获取关于样品组成和纯度的信息。

红外清理

红外清理是一种用于电影扫描仪、胶片扫描仪和平板扫描仪的技术，可以减少或去除在扫描结束后出现的灰尘和划痕的影响。它通过在与三个可见光色道（红、绿、蓝）相同的位置和分辨率上采集额外的红外通道来实现。红外通道与其它通道结合使用，用于检测划痕和灰尘的位置。一旦定位到这些缺陷，就可以通过缩放或修补来进行纠正。

红外反射摄影

红外反射摄影可以在不破坏艺术作品的前提下揭示作品底层的细节，尤其是艺术家的预绘、草稿等无法直接观察检测的信息。艺术保护专家使用这种技术来检查表面的油画层与底稿或中间层之间的差异，因为原作者可能在作品完成前进行过多次修改。红外反射技术可以确定一幅画作是原作者的原始版本还是副本，以及检查作品是否经过过度的后期修复等信息。一般来说一幅画作的修改次数越多就越可能是原始版本。它还可以提供有关创作实践的细节信息。

类似的应用也被文物保护专家和科学家用于其它珍贵文物和作品，尤其是非常古老的书写文件，如死海古卷、庞贝别墅的罗马作品以及敦煌莫高窟中发现的丝绸之路文本。红外反射摄影技术可以将墨水中使用的碳黑颜料非常清晰的显示出来。

红外高光谱成像

高光谱图像是一种包含超越可见光范围的连续光谱的图像，特别是包含近红外、短波红外、中波红外和长波红外光谱区域的高光谱成像在应用光谱学领域有广泛应用。红外高光谱成像可以在每个像素点包含完整的红外光谱。因此，无需太阳或灯光等外部光源就可以对物体进行拍照、分析和鉴定，常用于地质测量、户外监控和无人机应用等领域。

对生物的影响

一些动物具有能感知红外线的器官，包括蟒蛇、吸血蝠、宝石甲虫和某些品种的蝴蝶等等。有些鱼类可以使用近红外光来捕捉猎物和辨别方位。有些研究认为鱼类对近红外光的感知可能在黄昏以及浑浊的水面等光照条件不佳的情况下具有重要意义。

对人体健康的影响

人类在正常体温下主要以大约10微米的红外波长辐射。医学上使用近红外光治疗化疗引起的口腔溃疡以及伤口愈合。有研究表明红外线可能用于抗疱疹病毒治疗以及对中枢神经系统愈合效应有作用。

某些工业高温环境中的强烈红外辐射可能对眼睛造成危害甚至导致失明。由于红外线是肉眼不可见的，所以在这种场所必须佩戴特殊的红外防护眼镜。