不同波長的光,在皮膚裡能走多深?可見光與近紅外光的穿透差異

光在皮膚裡能走多深,主要由波長決定:藍光、綠光多半停在較淺層,紅光走得較遠,約 650 到 950 奈米(nm)的近紅外光則是穿透相對最深的一段。這篇從光學角度說明背後的原因,以及在家就看得到的小現象。

光在皮膚裡能走多深,主要由波長決定:藍光、綠光多半停在較淺層,紅光走得較遠,約 650 到 950 奈米(nm)的近紅外光則是穿透相對最深的一段。這篇從光學角度說明背後的原因,以及在家就看得到的小現象。

皮膚對光來說是一層層的介質

從光學角度看,皮膚是由幾層性質不同的材料疊成的。最外面是很薄的表皮,下面是較厚的真皮,再往下是皮下組織。光從空氣進入皮膚時,一小部分會在表面直接反射回來,其餘的光進到裡面,接著會遇到兩件事:被吸收,或被散射。

吸收是指光被某種物質「吃掉」、不再往前走;散射是指光碰到微小結構後改變方向,在組織裡四處折返。光能走多遠,就看這兩件事發生得有多頻繁。

黑色素、血紅素和水,各自吸收不同顏色

皮膚裡吸收光最主要的三種物質是黑色素、血紅素和水,它們對各波長的吸收程度差很多。

  • 黑色素:位在表皮,對紫外線和藍光吸收最強,波長越長吸收越少。
  • 血紅素:存在血液中,對藍紫光與綠黃光吸收很強,到了約 600 nm 以上的紅光,吸收會大幅下降。
  • 水:在可見光範圍幾乎不吸收,但進入近紅外光之後吸收逐漸上升,約 1,000 nm 以上更加明顯。

除了吸收,散射也和波長有關:波長越短,散射越強。這和天空看起來是藍色的道理相近,可以參考天空為什麼是藍的?認識光的散射。

為什麼 650–950 nm 被稱為「光學窗口」

把三種吸收物質和散射放在一起看,就會發現中間有一段波長特別「通透」。

藍光、綠光被黑色素和血紅素強烈吸收,又散射得厲害,大多在較淺層就消失了。到了約 650 到 950 nm,這兩者的吸收都很低,水的吸收還沒升起來,光能傳到數毫米等級,因此被稱為「光學窗口」。超過約 1,000 nm 後,水的吸收增加,穿透距離又變短。

波長範圍主要吸收物質相對穿透
約 400–500 nm 藍紫光黑色素、血紅素,散射也強最淺
約 500–600 nm 綠黃光血紅素較淺
約 620–700 nm 紅光吸收明顯下降較深
約 700–950 nm 近紅外光吸收最低相對最深
約 1,000 nm 以上水的吸收上升再度變淺

資料整理/imetta 療癒我製表

示意圖:480 到 1060 nm 各波長的光在表皮、真皮、皮下組織的相對穿透深度,650–950 nm 光學窗口吸收最少

在家就看得到的兩個現象

手電筒貼著指尖照,透出來的光會是紅色的。白光裡的藍光和綠光在手指裡被吸收、散射掉了,剩下較能通過的紅光從另一側透出來。

另一個例子是電視遙控器。遙控器發出的是近紅外光,肉眼看不見,但用部分手機相機對著它按按鍵,畫面上會出現亮點。原理可以參考手機相機為什麼拍得到近紅外光?。

使用明亮光源的基本提醒

  • 近距離使用明亮光源時,請閉上眼睛或配戴護目鏡;近紅外光看不見,更要避免直視 LED。
  • 依照產品說明書建議的距離與時間使用。
  • 對光敏感、正在服用光敏感性藥物、懷孕,或有任何健康疑慮的人,使用前請先諮詢醫師。

常見問題

近紅外光的波長越長,就走得越深嗎?

不一定。在約 950 nm 以內,波長越長通常穿透越遠;但超過約 1,000 nm 後,水的吸收增加,光反而比較快被吸收掉。

膚色深淺會影響光的穿透嗎?

會有差別。黑色素多的皮膚,對藍光、綠光等較短波長吸收得更多;近紅外光受黑色素的影響則小得多。


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每個人的身體狀況不同,實際使用感受因人而異。如有健康疑慮,或正在接受治療、服用藥物者,使用前請先諮詢醫師。

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