Monokromatisk lys

Teknologier, der anvender monokromatisk lys, har et bredt anvendelsesområde, fra astrofysik og astronomi til retsmedicinsk videnskab. Udtrykket monokromatisk stammer fra de græske ord monos, der betyder en eller en enkelt, og chromos, der betyder farve. Monokromatisk lys eller enfarvet lys er i det væsentlige elektromagnetisk stråling, der stammer fra fotonemissioner fra atomer. Fotoner udbreder sig eller bevæger sig som energibølgefronter af forskellig længde og energiniveauer. Energiniveauerne bestemmer lysets frekvens, og længden af en bølge bestemmer dens farve. De bånd af lysbølgelængder, som mennesker kan se, kaldes synligt lys.

Visibelt lys omfatter rødt lys (i det lavere energiniveau i det elektromagnetiske spektrum) og violet lys i det højere synlige energiniveau i det elektromagnetiske spektrum. Når lys udbreder sig gennem forskellige medier, vekselvirker det med de atomer, der findes i molekyler, f.eks. atmosfæriske gasser, vand og organisk materiale. Disse interaktioner er kendt som atomovergange og består af emission eller absorption af specifikke bølgelængder (eller energipakker). Den særlige struktur af isotoper (atomer eller molekyler af et grundstof i det periodiske system) samt strukturen af komplekse molekyler (som indeholder mere end et grundstof) definerer deres fysisk-kemiske egenskaber. Disse egenskaber er afgørende for, hvilke bølgelængder der absorberes og hvilke der udsendes. Atomers absorption og emission af lys sker i energipakker, der kaldes kvanta. Absorption sker, når lys ophidser atomerne og får elektronerne til pludselig at springe til bestemte ydre baner. Der er ikke tale om en gradvis bevægelse mellem baner, men om en pludselig ændring af energitilstand, hvorved en given energikvant absorberes.

Emissioner sker på den omvendte måde, hvilket resulterer i frigivelse af de absorberede kvanter. Monokromatisk lys og laserteknologier udnytter disse atomovergange samt en anden atomar egenskab, der er kendt som grundtilstandsenergi. Grundtilstandsenergi henviser til elektronernes tendens til at vende tilbage til det laveste energiniveau og dermed undergå spontan emission af energikvanterne.

En monokromatisk lysstråle er karakteriseret ved sin lysstyrke eller lysintensitet, udbredelsesretning og farve (alle synlige egenskaber) og ved sin polarisationstilstand (en usynlig egenskab). Lysbølger svinger, eller svinger frem og tilbage, vinkelret på udbredelsesretningen. Hvis en lysbølge f.eks. udbreder sig vandret, svinger den lodret. Det bedste eksempel på monokromatisk lys er en laserstråle. Et laserlys er resultatet af én atomovergang med en specifik enkelt bølgelængde, hvilket resulterer i en monokromatisk lysstråle.

Når et monokromatisk lys rettes mod et stof eller materiale, inducerer det overgange, som er karakteristiske for de kemiske egenskaber af de elementer, der indgår i et sådant materiale. Optiske spektroskopiinstrumenter registrerer toppene og lavpunkterne i de resulterende bølgelys i et spektrometer, der måler ændringerne i frekvens og intensitet af disse overgange. De resulterende bølgemønstre angiver prøvens kemiske sammensætning. Scanningmonokromatorer er optiske instrumenter, der spreder lyset, hvilket gør det muligt at scanne kriminaltekniske prøver eller bevismateriale ved hjælp af én bølgelængde (eller lysfarve) ad gangen og scanne hele spektralområdet. Batteridrevne ultraviolette monokromatiske apparater anvendes til at scanne efter bevismateriale, der ikke let kan opdages med det blotte øje på gerningssteder. De gør det muligt for undersøgeren at visualisere skjulte blodpletter, fibre, fingeraftryk og læsioner, der ligger lige under huden på lig,

Kreditkort, valuta og vigtige dokumenter mærkes ofte med påtrykte hologrammer på sikkerhedsstempelfolier, som skabes af monokromatiske laserstråler. Sikkerhedsstandardholografi repræsenterer den første generation af en sikkerhedsteknologi, der er kendt som optisk variable enheder (OVD’er). Der findes andre ikke-holografiske OVD-teknologier, som kan detekteres i mærkede materialer med ultraviolet lys.