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光學頻譜,簡稱光譜,是複色光通過色散系統(如光柵、稜鏡)進行分光後,依照光的波長(或頻率)的大小順次排列形成的圖案。光譜中的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的唯一部分,在這個波長範圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜並沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色,譬如褐色和粉紅色,其原因是粉紅色並不是由單色組成,而是由多種色彩組成的。

原理

複色光中有着各種波長(或頻率)的,這些光在介質中有着不同的折射率。因此,當複色光通過具有一定幾何外形的介質(如三稜鏡)之後,波長不同的光線會因出射角的不同而發生色散現象,投映出連續的或不連續的彩色光帶。

這個原理亦被應用於著名的太陽光的色散實驗[1]太陽光呈現白色,當它通過三稜鏡折射後,將形成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順次連續分布的彩色光譜,覆蓋了大約在390到770納米的可見光區。歷史上,這一實驗由英國科學家艾薩克·牛頓爵士於1666年完成,使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特徵。

光譜的分類

按波長區域

在一些可見光譜的紅端之外,存在着波長更長的紅外線;同樣,在紫端之外,則存在有波長更短的紫外線。紅外線和紫外線都不能為肉眼所覺察,但可通過儀器加以記錄。因此,除可見光譜,光譜還包括有紅外光譜與紫外光譜。

按產生方式

按產生方式,光譜可分為發射光譜、吸收光譜和散射光譜[2]

有的物體能自行發光,由它直接產生的光形成的光譜叫做發射光譜

發射光譜可分為三種不同類別的光譜:線狀光譜、帶狀光譜和連續光譜。線狀光譜主要產生於原子,由一些不連續的亮線組成;帶狀光譜主要產生於分子,由一些密集的某個波長範圍內的光組成;連續光譜則主要產生於白熾的固體、液體或高壓氣體受激發發射電磁輻射,由連續分布的一切波長的光組成。

光譜分析

由於每種元素都有自己的光譜,因此可根據光譜來鑑別物質和確定其化學組成,這種方法被稱作光譜分析。因為不同元素的光譜會有不同的位置的顏色的譜線,或者會缺少某些譜線,但含有相同元素的物質的譜線卻總是會在同一個位置具有相同顏色的譜線。光譜分析就是利用這個原理來分析物質的元素組成的。

視頻

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光譜分析的發展與應用-

參考文獻

  1. 初中物理實驗 光的色散實驗原理,愛奇藝,2020-3-1
  2. 光譜分析方法及其分類,中國標準物質網,2015-3-2