Infrarood spectrum waarnemen met tralie en smartphone

[jkien]

Ik heb geprobeerd infrarood licht waar te nemen via een zakspectroscoop die een tralie bevat en een smartphone.(1) Het blote oog ziet geen infrarood, maar de smartphone wel. De spectroscoop heeft geen golflengteschaal, maar misschien valt de golflengte te schatten m.b.v. lasers en leds. De golflengte van mijn rode laser is 650 nm, van de groene 532 nm. De golflengte van de infrarode led is 850 nm.

De afbeelding hieronder is een collage van foto's die laat zien in hoeverre dat lukt: aardig, maar de golflengteschaal komt niet goed uit. Ik heb de twee lasergolflengtes lineair geextrapoleerd naar 750 en 850 nm. De centrale golflengte van de led is officieel 850 nm, het lineair extrapoleren zit er dus een beetje naast. De foto heeft blijkbaar geen lineaire golflengteschaal bij grote beeldhoeken.

De golflengte van 750 nm is ongeveer de grens van zichtbaar licht. Dat is bij deze led relevant omdat zijn golflengte-bandbreedte net zo groot is dat hij ook een beetje zichtbaar rood licht uitzendt. Het is als zwak rood schijnsel zichtbaar met het blote oog.

Ik heb het ook uitgeprobeerd met een andere infrarode led, met golflengte 940 nm, maar daarvan verscheen in deze opstelling geen spectrum. In theorie had ik wel een spectrum verwacht, maar kennelijk is er een praktisch detail in het ontwerp van de spectroscoop waardoor dat buiten beeld valt.

Links de spleet, rechts het spectrum. Dat de spleet bij de vierde foto afgebeeld wordt als meerdere lijntjes naast elkaar komt door lens flare: de ontspiegelcoating van de cameralens werkt prima voor zichtbaar licht, maar slecht voor infrarood.

Dat de foto van een door een tralie gemaakt spectrum bij grote beeldhoeken geen lineaire golflengteschaal heeft blijkt mede uit deze testfoto van een stip op de muur van groen laserlicht, gezien door een tralie (100 lpm - lijnen per mm). Het beeldveld van de foto is 80°.

[jkien]

Ik kan in het donker met het blote oog de led van een oude infrarood-afstandsbediening zwak rood zien gloeien.(link) Bij andere infrarood-afstandsbedieningen zie ik niets. Hoe komt dat? Soms wordt als mogelijke verklaring gegeven dat sommige oude afstandsbedieningen een 850 nm led bevatten, terwijl nieuwere afstandsbedieningen een 940 nm led bevatten. De bandbreedte van infraroodleds is in de orde van 100 nm, de ondergrens van de band komt in de buurt van zichtbaar licht. Dat wilde ik onderzoeken, maar de zakspectroscoop laat geen licht door van 940 nm leds. Daarom een klein tralie (600 lpm) dat dat licht wel doorlaat voor de cameralens van de smartphone geplakt. Dan laat de camera het volgende beeld zien.

Let bij de onderste vijf spectra alleen op de heldere witte delen, en negeer de paarse delen, die in de cameralens onstaan door lens flare. Doordat de led excentrisch voor de camera is geplaatst wordt hij in het infrarood afgebeeld als meerdere cirkeltjes naast elkaar. De ontspiegelcoating van de cameralens werkt prima voor zichtbaar licht, maar slecht voor infrarood.

'Afst-sony' is de oude afstandsbediening waarvan ik met het blote oog de led rood zie gloeien; 'afst-samsung' is een nieuwere afstandsbediening die ik niet zie gloeien. Gezien hun spectrum bevatten beide een 940 nm led, niet 850 nm. De genoemde verklaring helpt hier niet, dus dat is een raadsel.

(De derde afstandsbediening, 'afst-x', gaf ook zichtbaar rood licht, maar hij bleek een extra led te bevatten die gewoon rood licht uitstraalt. Dat rode strooilicht heeft geen nadere verklaring nodig.)

De rode gloed die het blote oog ziet bij de led van de oude afstandsbediening lijkt op de paarse gloed die de camera ziet, maar dan rood.

De rode gloed van 850 nm leds staat bekend als red glow. Camerabewaking met 940 nm omgevingsverlichting ('s nachts) wordt fully covert genoemd, d.w.z. lichtbron onzichtbaar voor inbrekers, en 850 nm semi covert. 1 2 3

[jkien]

Zou je bij een groene laserpointer het infrarode licht waarmee de laserdiode het groene licht opwekt kunnen detecteren met de telefooncamera en een tralie? De groene laserpointer bestaat uit drie delen. Een 808 nm laserdiode pompt een neodymium-ion oscillator, die 1064 nm licht produceert. Dat licht gaat door een frequentieverdubbelend kristal dat er groen licht met een golflengte van 532 nm van maakt. Een optisch filter dat de fabrikant bij de uitgang van de laser heeft aangebracht dient het infrarood te blokkeren, maar misschien wordt er toch wat infrarood doorgelaten. Uit de onderstaande afbeelding, die uit meerdere foto's bestaat, blijkt dat het infrarode 808 en 1064 nm licht inderdaad detecteerbaar is met de telefooncamera. De frequentieverdubbeling is ook fraai zichtbaar: de 1e orde piek van 1064 nm valt samen met de 2e orde piek van 532 nm.

Spectrum van een door de laser op de muur geprojecteerde lichtstip. Spectrum verkregen met een tralie (300 lpm).
A: spectrum van de groene laserpointer. Daaronder het spectrum van dezelfde lichtstip, gezien door een optisch filter dat infrarood met golflengte >760 nm doorlaat, maar zichtbaar licht zoals groen blokkeert. In het spectrum is zowel 808 nm als 1064 nm aanwezig. De 808 nm component is iets sterker dan die van 1064 nm. Daaronder het spectrum gezien door een filter dat infrarood met golflengte >950 nm doorlaat. Dat filter blokkeert de 808 nm component, en laat alleen de 1064 nm component door. Het infrarode licht was relatief zwak, beide infraroodfoto's hebben daarom een 1000x grotere belichtingstijd dan de zichtbaar-licht-foto (1 s i.p.v. 1 ms).
B: Hetzelfde bij een andere groene laserpointer, met dezelfde conclusie. Met als klein verschil dat de 808 nm component iets sterker is.

De gevoeligheid van een CMOS beeldsensor eindigt volgens internet in de buurt van 1050 nm, maar kennelijk is de gevoeligheid van de sensor van deze camera bij 1064 nm toch nog genoeg.