Оптический спектр
Электромагни́тный спектр — распределение энергии электромагнитного излучения источника по частоте, длине волны или иному аналогичному параметру. В общем случае охватывает совокупность всех частотных диапазонов, но в зависимости от задачи может ограничиваться, например, только видимой областью. Показывает, в какой мере в исследуемом сигнале представлены ультрафиолетовое излучение, синий, зеленый и другие цвета, инфракрасная составляющая.
Является одной из разновидностей физических спектров. Характеризуется спектральной плотностью. Возможные размерности: (Дж/м3)/Гц, (Дж/м3)/м и другие, нередко приводится в относительных безразмерных единицах. Экспериментально регистрируется путём детектирования интенсивности излучения в выделяемых из сигнала (скажем, при помощи монохроматора) узких эквидистантных спектральных интервалах.
Длина волны — частота — энергия фотона
Характеристика электромагнитного спектра — спектральная плотность энергии излучения — представляет собой энергию, приходящуюся на малый интервал по некоторой переменной и отнесённую к ширине этого интервала. В качестве переменной, определяющей положение точек спектра, могут выступать
- длина волны;
- частота колебаний (см. также статью Шкала частот);
- энергия фотона (кванта электромагнитного поля);
- [реже] волновое число и др.
Энергия фотона, согласно квантовой механике, пропорциональна частоте: 
, где h — постоянная Планка, Е — энергия, 
— частота; в данном контексте значения энергии обычно выражаются в электронвольтах. Длина электромагнитной волны в вакууме обратно пропорциональна частоте: 
, где 
— скорость света. Говоря о длине электромагнитных волн в среде, обычно подразумевают эквивалентную величину длины волны в вакууме, которая отличается на коэффициент преломления, так как частота волны при переходе из одной среды в другую сохраняется, а длина волны — изменяется.
Размерность спектра определяется выбором переменной: например, если это частота, то будет (Дж/м3)/Гц, а если длина волны то (Дж/м3)/м. Иногда вместо объёмной плотности энергии рассматривается поверхностная плотность мощности электромагнитного излучения — тогда размерности, соответственно, (Вт/м2)/Гц или (Вт/м2)/м.
Шкала частот (длин волн, энергий фотонов) является непрерывной, но традиционно разбивается (см. ниже) на ряд диапазонов. Соседние диапазоны могут немного перекрываться.
Основные электромагнитные диапазоны
γ-излучение
Гамма-лучи имеют энергию выше 124 000 эВ и длину волны меньше 0,01 нм = 0,1 Å.
Источники: космос, ядерные реакции, радиоактивный распад, синхротронное излучение.
Прозрачность вещества для гамма-лучей, в отличие от видимого света, зависит не от химической формы и агрегатного состояния вещества, а в основном от заряда ядер, входящих в состав вещества, и от энергии гамма-квантов. Поэтому поглощающую способность слоя вещества для гамма-квантов в первом приближении можно охарактеризовать его поверхностной плотностью (в г/см²). Длительное время считалось, что создание зеркал и линз для γ-лучей невозможно, однако, согласно последним исследованиям в данной области, преломление γ-лучей возможно. Это открытие, возможно, означает создание нового раздела оптики — γ-оптики.
Резкой нижней границы для гамма-излучения не существует, однако обычно считается, что гамма-кванты излучаются ядром, а рентгеновские кванты — электронной оболочкой атома (это лишь терминологическое различие, не затрагивающее физических свойств излучения).
Рентгеновское излучение
- от 0,1 нм = 1 Å (12 400 эВ) до 0,01 нм = 0,1 Å (124 000 эВ) — жёсткое рентгеновское излучение. Источники: некоторые ядерные реакции, электронно-лучевые трубки.
- от 10 нм (124 эВ) до 0,1 нм = 1 Å (12 400 эВ) — мягкое рентгеновское излучение. Источники: электронно-лучевые трубки, тепловое излучение плазмы.
Рентгеновские кванты излучаются в основном при переходах электронов в электронной оболочке тяжёлых атомов на низколежащие орбиты. Вакансии на низколежащих орбитах создаются обычно электронным ударом. Рентгеновское излучение, созданное таким образом, имеет линейчатый спектр с частотами, характерными для данного атома (см. характеристическое излучение); это позволяет, в частности, исследовать состав веществ (рентгено-флюоресцентный анализ). Тепловое, тормозное и синхротронное рентгеновское излучение имеет непрерывный спектр.
В рентгеновских лучах наблюдается дифракция на кристаллических решётках, поскольку длины электромагнитных волн на этих частотах близки к периодам кристаллических решёток. На этом основан метод .
Ультрафиолетовое излучение
Диапазон: От 400 нм (3,10 эВ) до 10 нм (124 эВ)
| Наименование | Аббревиатура | Длина волны в нанометрах | Количество энергии на фотон |
|---|---|---|---|
| Ближний | NUV | 400 — 300 | 3,10 — 4,13 эВ |
| Средний | MUV | 300 — 200 | 4,13 — 6,20 эВ |
| Дальний | FUV | 200 — 122 | 6,20 — 10,2 эВ |
| Экстремальный | EUV, XUV | 121 — 10 | 10,2 — 124 эВ |
| Вакуумный | VUV | 200 — 10 | 6,20 — 124 эВ |
| Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон, Чёрный свет | UVA | 400 — 315 | 3,10 — 3,94 эВ |
| Ультрафиолет B (средний диапазон) | UVB | 315 — 280 | 3,94 — 4,43 эВ |
| Ультрафиолет С, коротковолновой, гермицидный диапазон | UVC | 280 — 100 | 4,43 — 12,4 эВ |
Оптическое излучение
Излучение оптического диапазона свободно проходит сквозь атмосферу, может быть легко отражено и преломлено в оптических системах. Источники: тепловое излучение (в том числе Солнца), флюоресценция, химические реакции, светодиоды.
Цвета видимого излучения, соответствующие монохроматическому излучению, называются спектральными. Спектр и спектральные цвета можно увидеть при прохождении узкого светового луча через призму или какую-либо другую преломляющую среду. Традиционно, видимый спектр делится, в свою очередь, на диапазоны цветов:
| Цвет | Диапазон длин волн, нм | Диапазон частот, ТГц | Диапазон энергии фотонов, эВ |
|---|---|---|---|
| Фиолетовый | 380—440 | 790—680 | 2,82—3,26 |
| Синий | 440—485 | 680—620 | 2,56—2,82 |
| Голубой | 485—500 | 620—600 | 2,48—2,56 |
| Зелёный | 500—565 | 600—530 | 2,19—2,48 |
| Жёлтый | 565—590 | 530—510 | 2,10—2,19 |
| Оранжевый | 590—625 | 510—480 | 1,98—2,10 |
| Красный | 625—740 | 480—405 | 1,68—1,98 |
Ближнее инфракрасное излучение занимает диапазон от 207 ТГц (0,857 эВ) до 405 ТГц (1,68 эВ). Верхняя граница определяется способностью человеческого глаза к восприятию красного цвета, различной у разных людей. Как правило, прозрачность в ближнем инфракрасном излучении соответствует прозрачности в видимом свете.
Инфракрасное излучение
Инфракрасное излучение расположено между видимым светом и терагерцовым излучением. Диапазон: от 2000 мкм (150 ГГц) до 740 нм (405 ТГц).
Электромагнитное терагерцовое излучение
Терагерцовое (субмиллиметровое) излучение расположено между инфракрасным излучением и микроволнами, в диапазоне от 1 мм (300 ГГц) до 0,1 мм (3 ТГц).
ТГц излучение — не ионизирующее, легко проходит сквозь большинство диэлектриков, но сильно поглощается проводящими материалами и некоторыми диэлектриками. Например, дерево, пластик, керамика для него прозрачны, а металл и вода — нет.
Электромагнитные микро- и радиоволны
Для электромагнитных волн с частотой ниже 300 ГГц существуют достаточно монохроматичные источники, излучение которых пригодно для амплитудной и частотной модуляции. Поэтому распределение частот в этой области всегда имеет в виду задачи передачи сигналов.
- от 30 ГГц до 300 ГГц — микроволны.
- от 3 ГГц до 30 ГГц — сантиметровые волны (СВЧ).
- от 300 МГц до 3 ГГц — дециметровые волны.
- от 30 МГц до 300 МГц — метровые волны.
- от 3 МГц до 30 МГц — короткие волны.
- от 300 кГц до 3 МГц — средние волны.
- от 30 кГц до 300 кГц — длинные волны.
- от 3 кГц до 30 кГц — сверхдлинные (мириаметровые) волны.
См. также
- Спектральная плотность излучения
Примечания
- Electromagnetic spectrum (англ.). Encyclopedia Britannica. Дата обращения: 26 декабря 2019. Архивировано 7 апреля 2020 года.
- Показана возможность создания линз для гамма-излучения - Наука и техника - Физика - Компьюлента. Дата обращения: 13 февраля 2013. Архивировано из оригинала 15 июня 2012 года.
- Вести.Ru: Физики создали "невозможную" линзу для гамма-лучей. Дата обращения: 13 февраля 2013. Архивировано из оригинала 21 февраля 2013 года.
- Silicon 'prism' bends gamma rays - physicsworld.com. Дата обращения: 13 февраля 2013. Архивировано из оригинала 12 мая 2013 года.
- ILL :: Neutrons for science : Gamma ray optics: a viable tool for a new branch of scientific discovery. 02.05.2012. Дата обращения: 13 февраля 2013. Архивировано из оригинала 11 сентября 2013 года.
Для улучшения этой статьи желательно: |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Оптический спектр, Что такое Оптический спектр? Что означает Оптический спектр?
U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Spektr znacheniya Elektromagni tnyj spektr raspredelenie energii elektromagnitnogo izlucheniya istochnika po chastote dline volny ili inomu analogichnomu parametru V obshem sluchae ohvatyvaet sovokupnost vseh chastotnyh diapazonov no v zavisimosti ot zadachi mozhet ogranichivatsya naprimer tolko vidimoj oblastyu Pokazyvaet v kakoj mere v issleduemom signale predstavleny ultrafioletovoe izluchenie sinij zelenyj i drugie cveta infrakrasnaya sostavlyayushaya Ryad diapazonov elektromagnitnogo izlucheniya raspolozhennyh po poryadku uvelicheniya dlin voln Yavlyaetsya odnoj iz raznovidnostej fizicheskih spektrov Harakterizuetsya spektralnoj plotnostyu Vozmozhnye razmernosti Dzh m3 Gc Dzh m3 m i drugie neredko privoditsya v otnositelnyh bezrazmernyh edinicah Eksperimentalno registriruetsya putyom detektirovaniya intensivnosti izlucheniya v vydelyaemyh iz signala skazhem pri pomoshi monohromatora uzkih ekvidistantnyh spektralnyh intervalah Dlina volny chastota energiya fotonaHarakteristika elektromagnitnogo spektra spektralnaya plotnost energii izlucheniya predstavlyaet soboj energiyu prihodyashuyusya na malyj interval po nekotoroj peremennoj i otnesyonnuyu k shirine etogo intervala V kachestve peremennoj opredelyayushej polozhenie tochek spektra mogut vystupat dlina volny chastota kolebanij sm takzhe statyu Shkala chastot energiya fotona kvanta elektromagnitnogo polya rezhe volnovoe chislo i dr Energiya fotona soglasno kvantovoj mehanike proporcionalna chastote E hn displaystyle E h nu gde h postoyannaya Planka E energiya n displaystyle nu chastota v dannom kontekste znacheniya energii obychno vyrazhayutsya v elektronvoltah Dlina elektromagnitnoj volny v vakuume obratno proporcionalna chastote l c n displaystyle lambda c nu gde c displaystyle c skorost sveta Govorya o dline elektromagnitnyh voln v srede obychno podrazumevayut ekvivalentnuyu velichinu dliny volny v vakuume kotoraya otlichaetsya na koefficient prelomleniya tak kak chastota volny pri perehode iz odnoj sredy v druguyu sohranyaetsya a dlina volny izmenyaetsya Razmernost spektra opredelyaetsya vyborom peremennoj naprimer esli eto chastota to budet Dzh m3 Gc a esli dlina volny to Dzh m3 m Inogda vmesto obyomnoj plotnosti energii rassmatrivaetsya poverhnostnaya plotnost moshnosti elektromagnitnogo izlucheniya togda razmernosti sootvetstvenno Vt m2 Gc ili Vt m2 m Shkala chastot dlin voln energij fotonov yavlyaetsya nepreryvnoj no tradicionno razbivaetsya sm nizhe na ryad diapazonov Sosednie diapazony mogut nemnogo perekryvatsya Osnovnye elektromagnitnye diapazonyg izluchenie Osnovnaya statya g izluchenie Gamma luchi imeyut energiyu vyshe 124 000 eV i dlinu volny menshe 0 01 nm 0 1 A Istochniki kosmos yadernye reakcii radioaktivnyj raspad sinhrotronnoe izluchenie Prozrachnost veshestva dlya gamma luchej v otlichie ot vidimogo sveta zavisit ne ot himicheskoj formy i agregatnogo sostoyaniya veshestva a v osnovnom ot zaryada yader vhodyashih v sostav veshestva i ot energii gamma kvantov Poetomu pogloshayushuyu sposobnost sloya veshestva dlya gamma kvantov v pervom priblizhenii mozhno oharakterizovat ego poverhnostnoj plotnostyu v g sm Dlitelnoe vremya schitalos chto sozdanie zerkal i linz dlya g luchej nevozmozhno odnako soglasno poslednim issledovaniyam v dannoj oblasti prelomlenie g luchej vozmozhno Eto otkrytie vozmozhno oznachaet sozdanie novogo razdela optiki g optiki Rezkoj nizhnej granicy dlya gamma izlucheniya ne sushestvuet odnako obychno schitaetsya chto gamma kvanty izluchayutsya yadrom a rentgenovskie kvanty elektronnoj obolochkoj atoma eto lish terminologicheskoe razlichie ne zatragivayushee fizicheskih svojstv izlucheniya Rentgenovskoe izluchenie Osnovnaya statya Rentgenovskoe izluchenie ot 0 1 nm 1 A 12 400 eV do 0 01 nm 0 1 A 124 000 eV zhyostkoe rentgenovskoe izluchenie Istochniki nekotorye yadernye reakcii elektronno luchevye trubki ot 10 nm 124 eV do 0 1 nm 1 A 12 400 eV myagkoe rentgenovskoe izluchenie Istochniki elektronno luchevye trubki teplovoe izluchenie plazmy Rentgenovskie kvanty izluchayutsya v osnovnom pri perehodah elektronov v elektronnoj obolochke tyazhyolyh atomov na nizkolezhashie orbity Vakansii na nizkolezhashih orbitah sozdayutsya obychno elektronnym udarom Rentgenovskoe izluchenie sozdannoe takim obrazom imeet linejchatyj spektr s chastotami harakternymi dlya dannogo atoma sm harakteristicheskoe izluchenie eto pozvolyaet v chastnosti issledovat sostav veshestv rentgeno flyuorescentnyj analiz Teplovoe tormoznoe i sinhrotronnoe rentgenovskoe izluchenie imeet nepreryvnyj spektr V rentgenovskih luchah nablyudaetsya difrakciya na kristallicheskih reshyotkah poskolku dliny elektromagnitnyh voln na etih chastotah blizki k periodam kristallicheskih reshyotok Na etom osnovan metod Ultrafioletovoe izluchenie Osnovnaya statya Ultrafioletovoe izluchenie Diapazon Ot 400 nm 3 10 eV do 10 nm 124 eV Naimenovanie Abbreviatura Dlina volny v nanometrah Kolichestvo energii na fotonBlizhnij NUV 400 300 3 10 4 13 eVSrednij MUV 300 200 4 13 6 20 eVDalnij FUV 200 122 6 20 10 2 eVEkstremalnyj EUV XUV 121 10 10 2 124 eVVakuumnyj VUV 200 10 6 20 124 eVUltrafiolet A dlinnovolnovoj diapazon Chyornyj svet UVA 400 315 3 10 3 94 eVUltrafiolet B srednij diapazon UVB 315 280 3 94 4 43 eVUltrafiolet S korotkovolnovoj germicidnyj diapazon UVC 280 100 4 43 12 4 eVOpticheskoe izluchenie Osnovnaya statya Vidimoe izluchenie Izluchenie opticheskogo diapazona svobodno prohodit skvoz atmosferu mozhet byt legko otrazheno i prelomleno v opticheskih sistemah Istochniki teplovoe izluchenie v tom chisle Solnca flyuorescenciya himicheskie reakcii svetodiody Cveta vidimogo izlucheniya sootvetstvuyushie monohromaticheskomu izlucheniyu nazyvayutsya spektralnymi Spektr i spektralnye cveta mozhno uvidet pri prohozhdenii uzkogo svetovogo lucha cherez prizmu ili kakuyu libo druguyu prelomlyayushuyu sredu Tradicionno vidimyj spektr delitsya v svoyu ochered na diapazony cvetov Cvet Diapazon dlin voln nm Diapazon chastot TGc Diapazon energii fotonov eVFioletovyj 380 440 790 680 2 82 3 26Sinij 440 485 680 620 2 56 2 82Goluboj 485 500 620 600 2 48 2 56Zelyonyj 500 565 600 530 2 19 2 48Zhyoltyj 565 590 530 510 2 10 2 19Oranzhevyj 590 625 510 480 1 98 2 10Krasnyj 625 740 480 405 1 68 1 98 Blizhnee infrakrasnoe izluchenie zanimaet diapazon ot 207 TGc 0 857 eV do 405 TGc 1 68 eV Verhnyaya granica opredelyaetsya sposobnostyu chelovecheskogo glaza k vospriyatiyu krasnogo cveta razlichnoj u raznyh lyudej Kak pravilo prozrachnost v blizhnem infrakrasnom izluchenii sootvetstvuet prozrachnosti v vidimom svete Infrakrasnoe izluchenie Osnovnaya statya Infrakrasnoe izluchenie Infrakrasnoe izluchenie raspolozheno mezhdu vidimym svetom i teragercovym izlucheniem Diapazon ot 2000 mkm 150 GGc do 740 nm 405 TGc Elektromagnitnoe teragercovoe izluchenie Osnovnaya statya Teragercevoe izluchenie Teragercovoe submillimetrovoe izluchenie raspolozheno mezhdu infrakrasnym izlucheniem i mikrovolnami v diapazone ot 1 mm 300 GGc do 0 1 mm 3 TGc TGc izluchenie ne ioniziruyushee legko prohodit skvoz bolshinstvo dielektrikov no silno pogloshaetsya provodyashimi materialami i nekotorymi dielektrikami Naprimer derevo plastik keramika dlya nego prozrachny a metall i voda net Elektromagnitnye mikro i radiovolny Osnovnaya statya Radiovolny Dlya elektromagnitnyh voln s chastotoj nizhe 300 GGc sushestvuyut dostatochno monohromatichnye istochniki izluchenie kotoryh prigodno dlya amplitudnoj i chastotnoj modulyacii Poetomu raspredelenie chastot v etoj oblasti vsegda imeet v vidu zadachi peredachi signalov ot 30 GGc do 300 GGc mikrovolny ot 3 GGc do 30 GGc santimetrovye volny SVCh ot 300 MGc do 3 GGc decimetrovye volny ot 30 MGc do 300 MGc metrovye volny ot 3 MGc do 30 MGc korotkie volny ot 300 kGc do 3 MGc srednie volny ot 30 kGc do 300 kGc dlinnye volny ot 3 kGc do 30 kGc sverhdlinnye miriametrovye volny Sm takzheSpektralnaya plotnost izlucheniyaPrimechaniyaElectromagnetic spectrum angl Encyclopedia Britannica Data obrasheniya 26 dekabrya 2019 Arhivirovano 7 aprelya 2020 goda Pokazana vozmozhnost sozdaniya linz dlya gamma izlucheniya Nauka i tehnika Fizika Kompyulenta neopr Data obrasheniya 13 fevralya 2013 Arhivirovano iz originala 15 iyunya 2012 goda Vesti Ru Fiziki sozdali nevozmozhnuyu linzu dlya gamma luchej neopr Data obrasheniya 13 fevralya 2013 Arhivirovano iz originala 21 fevralya 2013 goda Silicon prism bends gamma rays physicsworld com neopr Data obrasheniya 13 fevralya 2013 Arhivirovano iz originala 12 maya 2013 goda ILL Neutrons for science Gamma ray optics a viable tool for a new branch of scientific discovery 02 05 2012 neopr Data obrasheniya 13 fevralya 2013 Arhivirovano iz originala 11 sentyabrya 2013 goda Dlya uluchsheniya etoj stati zhelatelno Najti i oformit v vide snosok ssylki na nezavisimye avtoritetnye istochniki podtverzhdayushie napisannoe Pererabotat oformlenie v sootvetstvii s pravilami napisaniya statej Pozhalujsta posle ispravleniya problemy isklyuchite eyo iz spiska parametrov Posle ustraneniya vseh nedostatkov etot shablon mozhet byt udalyon lyubym uchastnikom
