Монохромное излучение, Мо́нохромати́ческое излуче́ние (от др.-греч. — один, — цвет) — электромагнитное излучение, с минимальным разбросом частот, практически это излучение с одной частотой или длиной волны.
Монохроматическое излучение образуется в системах, у которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.
Монохроматор на базе дифракционной решётки
На практике используют несколько способов получения монохромного излучения:
Монохроматическая волна — модель в физике, применяемая для теоретического описания явлений волновой природы. Означает, что в спектр волны входит всего одна составляющая по частоте.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 августа 2022 года; проверки требует 1 правка.
На практике используют несколько способов получения монохромного излучения.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 июля 2022 года; проверки требуют 4 правки.
Монохроматор — спектральный оптико-механический прибор, предназначенный для выделения монохроматического излучения. Принцип работы основан на дисперсии света.
Схема монохроматора — Тёрнера (Čzerny–Turner).
Монохроматор схемы — (Fastie–Ebert). То же самое, что и Черни — Тёрнера, но одно зеркало используется как коллиматорное и фокусирующее.
Также существуют двойные монохроматоры, представляющие собой последовательно сочленённые монохроматоры, в которых излучение из выходной щели первого монохроматора направляется во входную щель второго.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 17 марта 2019 года; проверки требуют 7 правок.
Монохромати́ческая волна́ — волна, в спектре которой наличествует всего одна составляющая по частоте. Такая волна на практике не существует, но является удобной физической моделью для теоретического описания различных (электромагнитных, акустических и других) явлений волновой природы. Или, вид электромагнитных волн , с определённой постоянной частотой.
Монохроматическая волна — строго гармоническая (синусоидальная) волна с постоянными во времени частотой и амплитудой. Такая волна может быть бегущей или стоячей, последняя формируется при распространении двух плоских монохроматических волн одинаковой поляризации навстречу друг другу.
Частота волны соответствует частоте её источника — например, совершающей механические волебания струны (для звуковых волн) или поданного на передающую антенну сигнала (для электромагнитных волн).
Монохроматическая волна с фазовой скоростью удовлетворяет уравнению
Здесь — колеблющаяся величина, это может быть, например, локальная плотность вещества (в случае упругой волны) или проекция электрической/магнитной компоненты на какую-то ось (для электромагнитной волны). Слева уравнение выписано для общей ситуации, а справа для относительно простого одномерного случая.
Решение этого уравнения даёт монохроматическую волну вида
где — амплитуда, — частота, — время, — мнимая единица, — оператор Лапласа. Через обозначен радиус-вектор, а через — волновой вектор, его модуль связан с частотой как .
В природе и технике
На практике чисто монохроматическая волна не реализуется, так как она должна была бы быть бесконечной — прежде всего, во времени. Процессы генерации волн (например, процессы излучения) ограничены во времени, и поэтому под монохроматической обычно понимается волна с очень узким спектром. Чем уже интервал, в котором находятся частоты волны, тем «монохроматичнее» излучение.
В природе и технике наиболее близко к монохроматическому излучение отдельных линий спектров испускания свободных атомов и молекул. Эти линии соответствуют переходу атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей , а частоты соответствующих монохроматических волн равны разнице уровней энергии, поделённой на постоянную Планка: .
Две волны или несколько волн являются полностью когерентными, если частоты их одинаковы, амплитуды и разность фаз постоянны.
Длина когерентности для таких волн равна бесконечности.
Плоскость поляризации — плоскость, задаваемая вектором напряжённости электрического поля и вектором, указывающим направление распространения электромагнитной волны.
Вектор Умова-Пойнтинга — вектор, направление которого совпадает с направлением распространения энергии волны, а модуль равен плотности потока энергии. Для электромагнитной волны он задаётся векторным произведением напряжённостей электрического и магнитного полей: .
Монохроматор — для выделения узких интервалов длин волн из широкой области спектра оптического (т. е. , видимого и ) электромагнитного излучения.
Схема прохождения лучей в монохроматоре с дифракционной решёткой.
Принцип действия монохроматора основан на явлении дисперсии света в призме или на дифракционной решётке.
Лучи от фокусируются на входную щель монохроматора. От щели, освещаемой источником излучения, лучи попадают через на диспергирующий элемент. Затем, подвергшийся дисперсии световой поток направляется на фокусирующий объектив, который проектирует его на выходную и далее на исследуемый объект. Нужный участок спектра совмещают с выходной щелью поворотом диспергирующего элемента; изменяя ширину щели, меняют спектральную ширину dl (интервал длин волн) выделенного участка.
Из потока света, диспергированного (разложенного в непрерывный спектр) призмой или дифракционной решёткой, свет нужной длины волны, с помощью механических поворотных устройств, направляют в необходимое место (например, на с исследуемым раствором). Для обеспечения точной настройки и регулирования длины волны, поворот (зеркал, призмы, решётки) осуществляется с помощью специального передаточного механизма. Управление последним в различных моделях может осуществляться либо вручную (последовательно перебирая необходимые длины волн), либо автоматически (с помощью электропривода под управлением готового или собственного программного обеспечения).
Оптическая схема монохроматора Эберта-Фасти отличается от схемы Черны-Тернера устройством .
Монохроматоры — необходимый оптический элемент в спектрофотометрах, где особенно важно избежать попадания в выходную щель рассеянного света с длинами волн, далёкими от необходимого для исследований участка спектра. Для улучшения качества излучения часто применяют , представляющие собой два монохроматора, конструктивно объединённых таким образом, что выходная щель первого из них служит входной щелью второго. Преимущество двойных монохроматоров состоит также в возможности существенно повысить их дисперсию.
Схема работы монохроматора Черны-Тернера.
Монохроматор — важнейшая источников монохроматического освещения, прежде всего в спектрофотометрах, с помощью которых исследуют спектры поглощения или излучения веществ, т. е. фактически измеряют энергию, излучаемую исследуемыми объектами в различных областях спектра.
- Топорец А. С., Монохроматоры, М., 1955
- Пейсахсон И. В., Оптика спектральных приборов, Л., 1970
