Luz monocromática

Las tecnologías que utilizan la luz monocromática tienen una amplia gama de aplicaciones, desde la astrofísica y la astronomía hasta la ciencia forense. El término monocromático deriva de las palabras griegas monos, que significa uno o único, y chromos, que significa color. La luz monocromática, o luz de un solo color, es esencialmente una radiación electromagnética derivada de las emisiones de fotones de los átomos. Los fotones se propagan, o viajan, como frentes de onda de energía de diferentes longitudes y niveles de energía. Los niveles de energía determinan la frecuencia de la luz, y la longitud de una onda determina su color. Las bandas de longitudes de onda de la luz que los humanos pueden ver se denominan luz visible.

La luz visible incluye la luz roja (en el nivel de energía más bajo del espectro electromagnético) y la luz violeta en el nivel de energía visible más alto del espectro electromagnético. Cuando la luz se propaga a través de diferentes medios, interactúa con los átomos presentes en las moléculas, como los gases atmosféricos, el agua y la materia orgánica. Estas interacciones se conocen como transiciones atómicas, y consisten en la emisión o absorción de longitudes de onda específicas (o paquetes de energía). La estructura particular de los isótopos (átomos o moléculas de un elemento de la tabla periódica), así como la estructura de las moléculas complejas (que contienen más de un elemento), define sus propiedades físico-químicas. Dichas propiedades determinarán qué longitudes de onda se absorben y cuáles se emiten. La absorción y la emisión de luz por parte de los átomos se producen en paquetes de energía conocidos como cuantos. La absorción se produce cuando la luz excita los átomos, haciendo que los electrones salten repentinamente a órbitas exteriores específicas. No se trata de un movimiento progresivo entre órbitas, sino de un cambio repentino de estado energético por el que se absorbe un cuanto de energía determinado.

Las emisiones se producen de forma inversa, dando lugar a la liberación de los cuantos absorbidos. La luz monocromática y las tecnologías láser aprovechan estas transiciones atómicas, así como otra propiedad atómica conocida como energía del estado básico. La energía del estado básico se refiere a la tendencia de los electrones a volver al nivel de energía más bajo, por lo que sufren la emisión espontánea de los cuantos de energía.

Un haz de luz monocromática se caracteriza por su brillo o intensidad luminosa, dirección de propagación y color (todas ellas características visibles) y por su estado de polarización (una característica invisible). Las ondas luminosas oscilan, o se balancean hacia adelante y hacia atrás, perpendicularmente a la dirección de propagación. Por ejemplo, si una onda luminosa se propaga horizontalmente, oscila verticalmente. El mejor ejemplo de luz monocromática es un rayo láser. Un rayo láser es el resultado de una transición atómica con una sola longitud de onda específica, lo que da lugar a un haz de luz monocromática.

Cuando una luz monocromática se dirige a una sustancia o material, induce transiciones que son características de las propiedades químicas de los elementos constitutivos de dicho material. Los instrumentos de espectroscopia óptica registran los picos y valles de las luces de onda resultantes en un espectrómetro que mide los cambios de frecuencia e intensidad de estas transiciones. Los patrones de onda resultantes indican la composición química de la muestra. Los monocromadores de barrido son instrumentos ópticos que dispersan la luz, lo que permite escanear muestras o pruebas forenses, utilizando una longitud de onda (o un color de luz) a la vez, y escanean toda la gama espectral. Los dispositivos monocromáticos ultravioleta alimentados por baterías se utilizan para escanear pruebas que no se detectan fácilmente a simple vista en las escenas del crimen. Permiten al examinador visualizar manchas de sangre ocultas, fibras, huellas dactilares y lesiones que se encuentran justo debajo de la piel de los cadáveres.

Las tarjetas de crédito, el dinero y la documentación importante se marcan a menudo con hologramas impresos en láminas de sellado de seguridad, que se crean mediante rayos láser monocromáticos. La holografía de seguridad estándar representa la primera generación de una tecnología de seguridad conocida como dispositivos ópticamente variables (OVD). Existen otras tecnologías de OVDs no holográficos, y son detectables en materiales marcados con dispositivos de luz ultravioleta.