紅外燈的原理及其特性
光是一種電磁波，它的波長區間從幾個納米（ 1nm=10-9m ）到 1 毫米（ mm ）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為 380nm ～ 780nm ，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，其中波長比紅光長的稱為紅外光。
普通 ccd 黑白攝像機可以感受光的光譜特性，它不僅能感受可見光，而且可以感受紅外光。這就是利用普通 ccd 黑白攝像機，配合紅外燈可以比較經濟地實現夜視的基本原理。而普通彩色攝像機的光譜特性不能感受紅外光，因此不能用于夜視。
紅外燈按其紅外光輻射機理分為半導體固體發光（紅外發射二級管）紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。其原理及特性我們介紹如下：
1. 紅外發射二極管（ led ）紅外燈的原理及特性
由紅外發光二級管矩陣組成發光體。紅外發射二級管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵）制成 pn 結，外加正向偏壓向 pn 結注入電流激發紅外光。光譜功率分布為中心波長 830 ～ 950nm ，半峰帶寬約 40nm 左右，它是窄帶分布，為普通 ccd 黑白攝像機可感受的范圍。其最大的優點是可以完全無紅暴，（采用 940 ～ 950nm 波長紅外管）或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光）和壽命長。
紅外發光二極管的發射功率用輻照度μ w/m2 表示。一般來說，其紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀。
當電壓越過正向閾值電壓（約 0.8v 左右）電流開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準確、穩定，否則影響輻射功率的發揮及其可靠性。輻射功率隨環境溫度的升高 ( 包括其本身的發熱所產生的環境溫度升高 ) 會使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠距離紅外燈，熱耗是設計和選擇時應注意的問題。
紅外二極管的最大輻射強度一般在光軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強度為最大值的 50% 的角度稱為半強度輻射角。不同封裝工藝型號的紅外發光二極管的輻射角度有所不同。
圖1 ccd黑白攝像機的光譜特性
光是一種電磁波，它的波長區間從幾個納米（1nm=10-9m）到1毫米（mm）左右。人眼可見的只是其中一部分，我們稱其為可見光，可見光的波長范圍為380nm - 780nm，可見光波長由長到短分為紅、橙、黃、綠、青、蘭、紫光，波長比紫光短的稱為紫外光，波長比紅外光長的稱為紅外光。
普通ccd黑白攝像機可以感受光的光譜特性如圖1所示，由圖可見，它不僅能感受可見光，而且可以感受紅外光。這就是利用普通ccd黑白攝像機，配合紅外燈可以比較經濟地實現夜視的基本原理。而普通彩色攝像機的光譜特性如圖2所示，它不能感受紅外光，因此不能用于夜視。
圖2 普通彩色攝像機的光譜特性
紅外燈按其紅外光輻射機理分為半導體固體發光（紅外發射二極管）紅外燈和熱輻射紅外燈兩種。其原理及特性我們介紹如下：
1.紅外發射二極管（led）紅外燈的原理及特性
由紅外發光二極管矩陣組成發光體。紅外發射二極管由紅外輻射效率高的材料（常用砷化鎵gaas）制成pn結，外加正向偏壓向pn結注入電流激發紅外光。光譜功率分布為中心波長830 -- 950nm，半峰帶寬約40nm左右，如圖3所示。它是窄帶分布，為普通ccd黑白攝像機可感受的范圍。其最大的優點是可以完全無紅暴，（采用940～950nm波長紅外管）或僅有微弱紅暴（紅暴為有可見紅光）和壽命長。
圖3 紅外發光二極管的光譜分布圖
紅外發光二極管的發射功率用輻照度μw/m2表示。如圖4表示其紅外輻射功率與正向工作電流的關系曲線，該曲線表明，一般來說，其紅外輻射功率與正向工作電流成正比，但在接近正向電流的最大額定值時，器件的溫度因電流的熱耗而上升，使光發射功率下降。紅外二極管電流過小，將影響其輻射功率的發揮，但工作電流過大將影響其壽命，甚至使紅外二極管燒毀
圖4 紅外發光二極管紅外輻射功率
圖5 紅外發光二極管的伏安特性
圖5所示紅外發光二極管的伏安特性與普通硅二極管極為相似。當電壓越過正向閾值電壓（約0.8v左右）電流開始流動，而且是一很陡直的曲線，表明其工作電流對工作電壓十分敏感。因此要求工作電壓準確、穩定，否則影響輻射功率的發揮及其可靠性
圖6 紅外發光二極管的輻照功率 與環境溫度的關系
圖6所示為其輻射功率與周圍環境溫度的關系曲線，由圖所示其輻射功率隨環境溫度的升高（包括其本身的發熱所產生的環境溫度升高）會使其輻射功率下降。紅外燈特別是遠距離紅外燈，熱耗是設計和選擇時應注意的問題
圖7 紅外發光二極管的輻射角度
紅外二極管的輻射角或輻射強度分布如圖7所示。最大輻射強度一般在光軸的正前方，并隨輻射方向與光軸夾角的增加而減小。輻射強度為最大值的50%的角度稱為半強度輻射角。不同封裝工藝型號的紅外發光二極管的輻射角度有所不同
2. 熱輻射紅外燈的基本原理及其特性
熱輻射現象是極為普通的,物體在溫度較低時產生的熱輻射全部是紅外光，所以人眼不能直接觀察到。當加熱500度左右時，才會產生暗紅色的可見光，隨著溫度的上升，光變得更亮更白。在熱輻射光源中通過加熱燈絲來維持它的溫度，供輻射繼續不斷的進行。維持一定的溫度而從外部提供的能量與因輻射而減少的能量達到平衡
輻射體在不同加熱溫度時，輻射的峰值波長是不同的，其光譜能量分布也是不同的，如圖8所示
圖8 λ m與溫度的關系
圖9 紅外燈泡的光譜功率分布圖
根據以上原理，經特殊設計和工藝制成的紅外燈泡,其紅外光成分最高可達92 - 95%.國外生產的這種紅外燈泡的技術性能為: 功率100 - 375w；電源電壓 230 - 250v;使用壽命5000小時、輻射角度60 - 80度。由圖9可見其光譜功率分布，光譜范圍是很寬的.普通黑白攝像機感受的光譜頻率范圍也是很寬的，且紅外燈泡一般可制成比較大的功率和大的輻照角度,因此可用于遠距離紅外燈，這是它最大的優點.其最大不足之處是包含可見光成份，即有紅暴，且使用壽命短，如果每天工作10小時,5000小時只能使用一年多,考慮散熱不夠，壽命還要短。而對于客戶來講，更換燈泡是麻煩和不愉快的事情.
圖10 紅外高通濾波玻璃的特性
在克服熱輻射紅外燈缺點方面進行了許多努力，首先是研制和應用了高通紅外濾波鋼化玻璃，其型號及性能如圖10所示。波長愈長，紅暴愈小，甚至可達到全無紅暴，但是，紅外光的效率愈低，紅外燈發熱就愈高。紅外玻璃的波長可根據用戶對紅暴要求高低加以選擇，一般而言，相同有效輻照距離時，對紅暴要求愈高，造價愈高。紅外玻璃經過鋼化，可以耐受急冷急熱的變化，在內部紅外燈泡由于可見光濾除的部分，轉化產生熱量，溫度會很高，外部冷風及雨雪的突襲下，急冷而不致損壞。為提高熱輻射紅外燈的壽命，采用了光控開關電路，以減小其工作時間；采用了變壓穩壓整流電路，使其發光功率得以充分發揮而且提高了紅外燈的壽命；而更重要的是考慮燈絲冷阻是非常小的，如 100w紅外燈泡，燈絲熱阻為529ω，這時的工作電流只有0.4348a，而冷阻只有36ω，紅外燈接通電源瞬間為6.39a瞬時功達到1470w，這一瞬間燈絲負荷過載達幾十倍，這對燈絲壽命有非常大的影響。人們研制的燈絲保護電路，相信紅外燈燈泡的工作壽命會成倍增長。此外，還增加了延時開關電路以防環境的光干擾.
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