Monochromatisches Licht
Monochromatisches (von griechisch: mono-chromos: "eine Farbe") Licht ist Strahlung einer genau definierten Wellenlänge. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Monochromatischen Wellen. Den Farbreiz monochromatischen Lichts bezeichnet man als Spektralfarbe.
Idealisiert hätten alle Photonen eines monochromatischen Lichtbündels die gleiche Wellenlänge. In der Natur trifft man jedoch niemals perfekt monochromatisches Licht an. Um einen Mittelwert herum besitzen die Photonen aus quantenphysikalischen Gründen eine gewisse Bandbreite an Wellenlängen.
Monochromatisches Licht kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden: Es kann aus polychromatischem Licht mit dessen spektraler Verteilung mittels eines Monochromators ausgefiltert werden. Andererseits können Geräte eingesetzt werden, die direkt aus den Atomemissionen Licht abgeben..
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Monochromatoren
Prisma
Ein Prisma zerlegt Licht in Spektralfarben. Fällt Licht, mit einer geeigneten spektralen Verteilung (beispielsweise Tageslicht) durch ein Prisma, so wird der Strahlungsanteil unterschiedlicher Wellenlängen untergleich abgelenkt. Kurzwelliges (blaues) Licht wird stärker gebrochen als langwelliges (rotes) Licht. Da die Brechungszahl des Glases von der Wellenlänge abhängt, tritt das Licht je nach Wellenlänge unter einem anderen Winkel aus dem Prisma aus.
Beugungsgitter
An Beugungsgittern, das sind feine Rillen oder Fäden bestimmter Dicke und bestimmten Abstandes, wird das einfallende Licht in alle Richtungen gebeugt. Durch Interferenz entsteht in geeigneten Beugungsrichtungen eine Addition der Strahlenbündel zu praktisch monochromatischem Licht.
Um monochromatische Röntgenstrahlung zu erreichen können kristalline Festkörper genutzt werden. Die Beugung und Interferenz erfolgt hier an den einzelnen, regelmäßig angeordneten Atomen des Kristallgitters.
Optischer Filter
Ein optischer Filter ist ein transparentes Material, das nur für Licht bestimmter Wellenlängen durchsichtig ist und das andere Licht absorbiert. Filter, die in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich durchsichtig sind, erzeugen annähernd monochromatisches Licht.
Optische Filter, die nur auf einem engen Wellenlängenbereich transparent sind, werden oft als Interferenzfilter hergestellt. Hierbei wird das Prinzip der Newtonschen Ringe genutzt. Durch genau definierte dünne Schichten lässt sich ausreichend monochromatische Licht aus polychromatischem weißen Licht ausfiltern.
Spektrallinie
Atome oder Moleküle geben aufgrund von Übergängen zwischen ihren Energieniveaus elektromagnetische Wellen Photonen ab. Die Energiedifferenz zwischen den Niveaus bestimmt die Energie, und somit die Wellenlänge, der entstehenden Strahlung. Nach Planck gilt hierbei E = h * λ.
Die Energieniveaus sind gequantelt. Deshalb existiert nur eine endliche Anzahl von Übergängen, entsprechend sind nur wenige Wellenlängen vertreten. So entsteht bei der Emission ein Linienspektrum.
Ein Laser strahlt mit einer eng definierten Wellenlänge, die dem Übergang zwischen zwei Energieniveaus entspricht. Laserlicht dieser Spektrallinie ist somit monochromatisches Licht.
Gasentladungslampen mit geringem Innendruck erzeugen ebenfalls ein Liniensprektrum. Die von der Gasfüllung abhängigen einzelnen Linien besitzen eine hohe Konstanz in der Lage und sind sehr schmal. Sie werden für die Erzeugung von monochromatischer Strahlung eingesetzt. Auf Grund der hohen Farbkonstanz werden solche Spektrallampen sogar als Wellenlängen-Normal genutzt.
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