Lumina monocromatică

Tehnologiile care utilizează lumina monocromatică au o gamă largă de aplicații, de la astrofizică și astronomie la criminalistică. Termenul monocromatic derivă din cuvintele grecești monos, care înseamnă unul sau unic, și chromos, care înseamnă culoare. Lumina monocromatică, sau lumina monocoloră, este în esență radiație electromagnetică derivată din emisiile de fotoni din atomi. Fotonii se propagă, sau călătoresc, ca fronturi de undă de energie de diferite lungimi și niveluri de energie. Nivelurile de energie determină frecvența luminii, iar lungimea unei unde determină culoarea acesteia. Benzile de lungimi de undă ale luminii pe care oamenii le pot vedea se numesc lumină vizibilă.

Lumina vizibilă include lumina roșie (la nivelul energetic inferior al spectrului electromagnetic) și lumina violetă la nivelul energetic vizibil superior al spectrului electromagnetic. Pe măsură ce lumina se propagă prin diferite medii, ea interacționează cu atomii prezenți în molecule, cum ar fi gazele atmosferice, apa și materia organică. Aceste interacțiuni sunt cunoscute sub numele de tranziții atomice și constau în emisia sau absorbția unor lungimi de undă (sau pachete de energie) specifice. Structura particulară a izotopilor (atomi sau molecule ale unui element din tabelul periodic), precum și structura moleculelor complexe (care conțin mai mult de un element) definește proprietățile fizico-chimice ale acestora. Aceste proprietăți vor determina ce lungimi de undă sunt absorbite și care sunt emise. Absorbția și emisia de lumină de către atomi au loc în pachete de energie cunoscute sub numele de cuante. Absorbția are loc atunci când lumina excită atomii, făcând ca electronii să sară brusc pe orbite exterioare specifice. Aceasta nu este o mișcare progresivă între orbite, ci o schimbare bruscă a stării de energie prin care o anumită cuantă de energie este absorbită.

Emisia are loc în mod invers, având ca rezultat eliberarea cuantelor absorbite. Lumina monocromatică și tehnologiile laser profită de aceste tranziții atomice, precum și de o altă proprietate atomică cunoscută sub numele de energie de stare fundamentală. Energia de stare fundamentală se referă la tendința electronilor de a reveni la cel mai scăzut nivel energetic, suferind astfel o emisie spontană a cuantelor de energie.

Un fascicul de lumină monocromatică se caracterizează prin luminozitate sau intensitate luminoasă, direcție de propagare și culoare (toate caracteristici vizibile) și prin starea sa de polarizare (o caracteristică invizibilă). Undele luminoase oscilează, sau se balansează înainte și înapoi, perpendicular pe direcția de propagare. De exemplu, dacă o undă luminoasă se propagă pe orizontală, ea oscilează pe verticală. Cel mai bun exemplu de lumină monocromatică este un fascicul laser. O lumină laser rezultă dintr-o tranziție atomică cu o singură lungime de undă specifică, ceea ce duce la un fascicul de lumină monocromatică.

Când o lumină monocromatică este direcționată către o substanță sau un material, aceasta induce tranziții care sunt caracteristice proprietăților chimice ale elementelor constitutive ale unui astfel de material. Instrumentele de spectroscopie optică înregistrează vârfurile și depresiunile undelor de lumină rezultate într-un spectrometru care măsoară modificările de frecvență și intensitate ale acestor tranziții. Modelele de unde rezultate indică compoziția chimică a probei. Monocromatoarele de scanare sunt instrumente optice care dispersează lumina, permițând scanarea eșantioanelor sau a probelor criminalistice, folosind o lungime de undă (sau o culoare a luminii) la un moment dat și scanând întreaga gamă spectrală. Dispozitivele monocromatice ultraviolete alimentate cu baterii sunt utilizate pentru scanarea probelor care nu sunt ușor de detectat cu ochiul liber la locul faptei. Ele permit examinatorului să vizualizeze petele de sânge ascunse, fibrele, amprentele digitale și leziunile care se află chiar sub pielea cadavrelor.

Cărțile de credit, moneda și documentele importante sunt adesea marcate cu holograme imprimate pe folii de ștampilare de securitate, care sunt create de raze laser monocromatice. Holografia standard de securitate reprezintă prima generație a unei tehnologii de securitate cunoscută sub numele de dispozitive optic variabile (OVD). Există și alte tehnologii de OVD-uri neolografice, care pot fi detectate în materialele marcate cu dispozitive cu lumină ultravioletă.

.