Monokromatikus fény

A monokromatikus fényt használó technológiák széleskörűen alkalmazhatók az asztrofizikától és a csillagászattól a törvényszéki tudományokig. A monokromatikus kifejezés a görög monos (egy vagy egyetlen) és chromos (szín) szavakból származik. A monokromatikus fény vagy egyszínű fény lényegében az atomok fotonkibocsátásából származó elektromágneses sugárzás. A fotonok különböző hosszúságú és energiaszintű energiahullámfrontok formájában terjednek. Az energiaszintek határozzák meg a fény frekvenciáját, és a hullám hossza határozza meg a színét. A fény hullámhosszának az ember által látható sávjait nevezzük látható fénynek.

A látható fény magában foglalja a vörös fényt (az elektromágneses spektrum alacsonyabb energiaszintjén) és az elektromágneses spektrum magasabb látható energiaszintjén lévő ibolyántúli fényt. Ahogy a fény a különböző közegekben terjed, kölcsönhatásba lép a molekulákban, például a légköri gázokban, a vízben és a szerves anyagokban jelen lévő atomokkal. Ezeket a kölcsönhatásokat atomi átmeneteknek nevezik, és meghatározott hullámhosszúságú (vagy energiacsomagok) emissziójából vagy abszorpciójából állnak. Az izotópok (a periódusos rendszer egy elemének atomjai vagy molekulái), valamint az összetett (egynél több elemet tartalmazó) molekulák sajátos szerkezete határozza meg fizikai-kémiai tulajdonságaikat. Ezek a tulajdonságok határozzák meg, hogy mely hullámhosszakat nyelik el, és melyeket bocsátanak ki. A fény elnyelése és kibocsátása az atomok által kvantumoknak nevezett energiacsomagokban történik. Az abszorpció akkor következik be, amikor a fény gerjeszti az atomokat, és az elektronok hirtelen meghatározott külső pályákra ugranak. Ez nem egy fokozatos mozgás a pályák között, hanem egy hirtelen energiaállapot-változás, amellyel egy adott energiakvantum elnyelődik.

A kibocsátás fordított módon történik, az elnyelt kvantumok felszabadulását eredményezve. A monokromatikus fény és a lézertechnológiák kihasználják ezeket az atomi átmeneteket, valamint egy másik atomi tulajdonságot, az alapállapot energiáját. Az alapállapot-energia az elektronok azon tendenciájára utal, hogy visszatérnek a legalacsonyabb energiaszintre, ezért az energiakvantumok spontán kibocsátása következik be.

A monokromatikus fénysugarat a fényerősség vagy fényintenzitás, a terjedési irány és a szín (mind látható jellemzők), valamint a polarizációs állapot (láthatatlan jellemző) jellemzi. A fényhullámok a terjedési irányra merőlegesen oszcillálnak, vagyis előre-hátra lengenek. Ha például egy fényhullám vízszintesen terjed, akkor függőlegesen oszcillál. A monokromatikus fény legjobb példája a lézersugár. A lézerfény egy meghatározott egyetlen hullámhosszúságú atomi átmenet eredménye, ami monokromatikus fénysugarat eredményez.

Amikor a monokromatikus fényt egy anyagra vagy anyagra irányítják, olyan átmeneteket indukál, amelyek az ilyen anyag alkotóelemeinek kémiai tulajdonságaira jellemzőek. Az optikai spektroszkópiai műszerek a keletkező hullámfények csúcsait és hullámvölgyeit egy spektrométerben rögzítik, amely ezen átmenetek frekvencia- és intenzitásváltozásait méri. Az így kapott hullámminták jelzik a minta kémiai összetételét. A pásztázó monokromátorok olyan optikai műszerek, amelyek szétszórják a fényt, lehetővé téve a törvényszéki minták vagy bizonyítékok pásztázását, egyszerre egy hullámhossz (vagy fényszín) használatával, és a teljes spektrumtartományt pásztázzák. Az elemmel működő ultraibolya monokromatikus készülékeket a bűncselekmény helyszínén szabad szemmel nehezen észlelhető bizonyítékok letapogatására használják. Lehetővé teszik, hogy a holttesteken közvetlenül a bőr alatt található rejtett vérfoltokat, szálakat, ujjlenyomatokat és elváltozásokat a vizsgáló láthatóvá tegye.

A hitelkártyákat, a valutát és a fontos dokumentumokat gyakran biztonsági bélyegzőfóliákra nyomtatott hologramokkal jelölik, amelyeket monokromatikus lézersugarakkal hoznak létre. A biztonsági szabványos holográfia az optikailag változó eszközök (OVD) néven ismert biztonsági technológia első generációját képviseli. Léteznek más, nem holografikus OVD-technológiák is, amelyek ultraibolya fényű eszközökkel detektálhatók a megjelölt anyagokban.