Monochromatické světlo

Technologie využívající monochromatické světlo mají široké využití, od astrofyziky a astronomie až po forenzní vědu. Pojem monochromatický pochází z řeckých slov monos, což znamená jeden nebo jediný, a chromos, což znamená barva. Monochromatické světlo neboli jednobarevné světlo je v podstatě elektromagnetické záření pocházející z emisí fotonů z atomů. Fotony se šíří neboli cestují jako energetické vlnové fronty různých délek a úrovní energie. Energetické úrovně určují frekvenci světla a délka vlny určuje její barvu. Pásma světelných vlnových délek, která člověk vidí, se nazývají viditelné světlo.

Viditelné světlo zahrnuje červené světlo (na nižší energetické úrovni elektromagnetického spektra) a fialové světlo na vyšší viditelné energetické úrovni elektromagnetického spektra. Jak se světlo šíří různými prostředími, interaguje s atomy přítomnými v molekulách, jako jsou atmosférické plyny, voda a organické látky. Tyto interakce se nazývají atomové přechody a spočívají v emisi nebo absorpci specifických vlnových délek (nebo energetických balíků). Zvláštní struktura izotopů (atomů nebo molekul jednoho prvku periodické tabulky) i struktura složitých molekul (obsahujících více než jeden prvek) určuje jejich fyzikálně-chemické vlastnosti. Tyto vlastnosti určují, které vlnové délky jsou absorbovány a které emitovány. Absorpce a emise světla atomy probíhá v energetických balíčcích známých jako kvanta. K absorpci dochází, když světlo excituje atomy a elektrony náhle přeskočí na určité vnější orbity. Nejedná se o postupný pohyb mezi orbitami, ale o náhlou změnu energetického stavu, kterou je dané energetické kvantum pohlceno.

Emitace probíhá opačným způsobem, což vede k uvolnění pohlcených kvant. Monochromatické světlo a laserové technologie využívají těchto atomových přechodů a také další atomové vlastnosti známé jako energie základního stavu. Energie základního stavu označuje tendenci elektronů vracet se na nejnižší energetickou hladinu, a proto dochází ke spontánní emisi energetických kvant.

Monochromatický světelný paprsek je charakterizován jasem nebo intenzitou světla, směrem šíření a barvou (všechny viditelné vlastnosti) a stavem polarizace (neviditelná vlastnost). Světelné vlny oscilují neboli kmitají tam a zpět, kolmo ke směru šíření. Pokud se například světelná vlna šíří vodorovně, kmitá svisle. Nejlepším příkladem monochromatického světla je laserový paprsek. Laserové světlo je výsledkem jednoho atomového přechodu se specifickou jedinou vlnovou délkou, jehož výsledkem je monochromatický světelný paprsek.

Pokud je monochromatické světlo nasměrováno na látku nebo materiál, vyvolává přechody, které jsou charakteristické pro chemické vlastnosti prvků tvořících tento materiál. Přístroje pro optickou spektroskopii zaznamenávají vrcholy a dna vzniklých světelných vln ve spektrometru, který měří změny frekvence a intenzity těchto přechodů. Výsledné vlnové vzorce indikují chemické složení vzorku. Skenovací monochromátory jsou optické přístroje, které rozptylují světlo, což umožňuje skenování forenzních vzorků nebo důkazů pomocí jedné vlnové délky (nebo barvy světla) najednou a skenují celý spektrální rozsah. Ultrafialové monochromatické přístroje napájené bateriemi se používají ke skenování důkazů, které nelze snadno zjistit pouhým okem na místě činu. Umožňují vyšetřovateli zviditelnit skryté skvrny od krve, vlákna, otisky prstů a léze, které jsou těsně pod kůží na mrtvolách.

Kreditní karty, peníze a důležitá dokumentace se často označují otisknutými hologramy na bezpečnostních razítkovacích fóliích, které jsou vytvořeny monochromatickými laserovými paprsky. Standardní bezpečnostní holografie představuje první generaci bezpečnostní technologie známé jako opticky proměnná zařízení (OVD). Existují i další neholografické technologie OVD, které jsou detekovatelné v označených materiálech pomocí zařízení s ultrafialovým světlem

.