Luz monocromática

Tecnologias utilizando luz monocromática têm uma vasta gama de aplicações, desde a astrofísica e astronomia até à ciência forense. O termo monocromático deriva das palavras gregas monos, que significa um ou único, e chromos, que significa cor. A luz monocromática, ou luz monocromática, é essencialmente radiação electromagnética derivada das emissões de fotões dos átomos. Os fotões propagam-se, ou viajam, como frentes de ondas de energia de diferentes comprimentos e níveis de energia. Os níveis de energia determinam a frequência da luz, e o comprimento de uma onda determina a sua cor. As faixas de comprimento de onda de luz que os seres humanos podem ver são chamadas de luz visível.

A luz visível inclui luz vermelha (no menor nível de energia do espectro eletromagnético) e luz violeta no maior nível de energia visível do espectro eletromagnético. À medida que a luz se propaga através de diferentes meios, interage com átomos presentes nas moléculas, tais como gases atmosféricos, água e matéria orgânica. Estas interações são conhecidas como transições atômicas, e consistem na emissão ou absorção de comprimentos de onda específicos (ou pacotes de energia). A estrutura particular dos isótopos (átomos ou moléculas de um elemento da tabela periódica), bem como a estrutura das moléculas complexas (contendo mais de um elemento) definem as suas propriedades físico-químicas. Tais propriedades determinarão quais comprimentos de onda são absorvidos e quais são emitidos. A absorção e emissão de luz pelos átomos ocorre em pacotes de energia conhecidos como quanta. A absorção ocorre quando a luz excita os átomos, fazendo com que os electrões saltem subitamente para órbitas exteriores específicas. Isto não é um movimento progressivo entre órbitas, mas uma mudança repentina do estado energético pelo qual um determinado quanta de energia é absorvido.

Emissões ocorrem de forma inversa, resultando na liberação do quanta absorvido. As tecnologias monocromáticas de luz e laser aproveitam estas transições atômicas, assim como outra propriedade atômica conhecida como energia de estado do solo. A energia de estado da terra refere-se à tendência dos elétrons a retornarem ao nível de energia mais baixo, sofrendo portanto emissão espontânea dos quanta de energia.

Um feixe de luz monocromática é caracterizado pelo seu brilho ou intensidade de luz, direção de propagação e cor (todas as características visíveis) e pelo seu estado de polarização (uma característica invisível). As ondas de luz oscilam, ou oscilam para frente e para trás, perpendicularmente à direção da propagação. Por exemplo, se uma onda de luz está se propagando horizontalmente, ela está oscilando verticalmente. O melhor exemplo de luz monocromática é um feixe de laser. Uma luz laser resulta de uma transição atômica com um único comprimento de onda específico, que resulta em um feixe de luz monocromática.

Quando uma luz monocromática é direcionada para uma substância ou material, ela induz transições que são características das propriedades químicas dos elementos constituintes de tal material. Os instrumentos de espectroscopia óptica registram os picos e canais das luzes de ondas resultantes em um espectrômetro que mede as mudanças na freqüência e intensidade dessas transições. Os padrões de onda resultantes indicam a composição química da amostra. Os monocromadores de varredura são instrumentos ópticos que dispersam a luz, permitindo a varredura de amostras forenses ou evidências, usando um comprimento de onda (ou cor de luz) de cada vez, e a varredura para toda a faixa espectral. Os dispositivos monocromáticos ultravioleta alimentados por bateria são usados para escanear evidências não facilmente detectadas a olho nu em cenas de crime. Eles permitem que manchas de sangue escondidas, fibras, impressões digitais e lesões que estão logo abaixo da pele em cadáveres sejam visualizadas pelo examinador.

Cartões de crédito, moeda e documentação importante são frequentemente marcados com hologramas impressos em folhas de carimbos de segurança, que são criados por feixes monocromáticos de laser. A holografia padrão de segurança representa a primeira geração de uma tecnologia de segurança conhecida como dispositivos opticamente variáveis (OVDs). Existem outras tecnologias não holográficas de OVDs, que são detectáveis em materiais marcados com dispositivos de luz ultravioleta.