Voor sommige lichtbronnen, zoals gasontladingslampen en diverse lasers, vertoont het optische spectrum duidelijk gedefinieerde spectraallijnen, d.w.z, Deze houden verband met overgangen van atomen, ionen of moleculen van een aangeslagen toestand naar een lager elektronisch niveau. De fotonenergie hν = h c / λ ligt dicht bij het verschil in niveau-energieën, en bepaalt derhalve de optische golflengte van de spectrale emissielijn.
Soms worden discrete emissielijnen waargenomen bovenop een continu spectrum.
Het komt ook voor dat een continu optisch spectrum discrete dips vertoont, die worden veroorzaakt door absorptie van licht bij bepaalde golflengten.Dergelijke absorptielijnen houden meestal ook verband met elektronische overgangen, ditmaal van lagere naar hogere energieniveaus.Als het lagere niveau de elektronische grondtoestand is, is er sprake van grondtoestandsabsorptie (GSA), anders van excited state absorptie (ESA).Dergelijke absorptielijnen zijn bijvoorbeeld waargenomen in zonlicht (Fraunhofer-lijnen, ontdekt door Joseph von Fraunhofer), en hebben geleid tot de ontdekking van helium voordat het op aarde werd gevonden.Absorptielijnen kunnen ook in laboratoria worden bestudeerd, b.v. met breedbandlichtbronnen en spectrografen of met scanninglaserabsorptiespectroscopie.
Gelijkaardige absorptie- en emissielijnen worden ook waargenomen met vaste-stofmedia zoals laserkristallen.Hier zijn de absorptie- en emissiekenmerken echter vaak aanzienlijk breder ten gevolge van interacties van de absorberende of emitterende soort met het gastmateriaal.
De waargenomen absorptie- en emissielijnen zijn vaak karakteristieken voor bepaalde stoffen, en kunnen daarom worden gebruikt als spectrale vingerafdrukken, b.v. voor het opsporen van milieuverontreinigende stoffen in de atmosfeer.Het is ook mogelijk concentraties (of getaldichtheden) te meten door hun relatie met de absorptiecoëfficiënt, met behulp van de wet van Beer-Lambert.
Er zijn een aantal standaard spectraallijnen die vaak worden gebruikt als golflengte-referenties, b.v.b.v. voor de karakterisering van optische glazen.
Breedte en vorm van spectraallijnen
Spectraallijnen vertonen altijd een eindige lijnbreedte, die verschillende oorzaken kan hebben:
- Bij hoge gasdrukken komen botsingen veelvuldig voor.In wezen worden de emitterende atomen tijdens hun straling vaak door botsingen verstoord, zodat de optische fase niet continu over langere tijden kan evolueren.
- Er zijn Doppler-verschuivingen ten gevolge van de thermische beweging van de stralende deeltjes.Dit leidt tot de zogenaamde Doppler-verruiming, waarvan de grootte afhangt van de temperatuur.Er bestaan methoden van Doppler-vrije spectroscopie, die het effect van Doppler-verruiming grotendeels elimineren.
- Zelfs zonder enige beweging is er een natuurlijke lijnbreedte, die beperkt wordt door de levensduur van de bovenste toestand (lifetime broadening).
- Zoals hierboven vermeld, emitterende of absorberende atomen of ionen in vaste stoffen vertonen vaak verbrede absorptie- en emissielijnen als gevolg van interacties met het gastmateriaal.Zo kunnen er Stark-effecten zijn, veroorzaakt door elektrische velden.Als verschillende atomen of ionen verschillende modificaties van lijnkenmerken ervaren, wordt de resulterende verbreding inhomogene verbreding genoemd.
De kleinste lijnbreedtes – ver beneden 1 Hz – kunnen worden bereikt met bepaalde verboden overgangen, die een zeer kleine natuurlijke lijnbreedte kunnen hebben, wanneer ook verschillende andere bijdragen aan de lijnbreedte worden onderdrukt.Voor dergelijke metingen zijn methoden van ultra-precieze spectroscopie ontwikkeld.Extreem kleine linebreedtes worden ook benut in optische frequentiestandaarden voor optische klokken.Hier wordt de emissie van een laser gestabiliseerd op een smalle spectraallijn, zodanig dat de linebreedte van de laser zelfs ver onder de breedte van de spectraallijn ligt.
De lijnvorm, d.w.z, de vorm van het optische spectrum, is vaak gerelateerd aan het dominante lijnverbredingsmechanisme.Zo worden vaak Lorentziaanse lijnen waargenomen wanneer levensduurverbreding dominant is, terwijl Doppler-verbreding tot Gaussiaanse lijnvormen leidt.
Het vrij smalbandige licht van bepaalde spectraallijnen wordt vaak als quasi-monochromatisch beschouwd.
Vragen en opmerkingen van gebruikers
Hier kunt u vragen en opmerkingen insturen. Voor zover ze worden geaccepteerd door de auteur, zullen ze verschijnen boven deze paragraaf, samen met het antwoord van de auteur. De auteur beslist over acceptatie op basis van bepaalde criteria. In wezen moet het onderwerp van voldoende breed belang zijn.
Gelieve hier geen persoonlijke gegevens in te voeren; we zouden ze anders spoedig verwijderen. (Zie ook onze privacyverklaring.) Indien u persoonlijke feedback of advies van de auteur wenst, kunt u contact met hem opnemen, bijv. via e-mail.
Door het inzenden van de informatie geeft u toestemming voor eventuele publicatie van uw input op onze website volgens onze regels. (Als u later uw toestemming intrekt, zullen wij deze inputs verwijderen.) Aangezien uw inputs eerst door de auteur worden beoordeeld, kunnen zij met enige vertraging worden gepubliceerd.
Zie ook: optisch spectrum, golflengte, standaard spectraallijnen, laserlijnen, spectraallampen, lijnbreedte, Doppler verbreding
en andere artikelen in de categorie algemene optica
 |
Als u deze pagina leuk vindt, deel de link dan met uw vrienden en collega’s, bijv.bijvoorbeeld via de sociale media: Deze deelknoppen zijn op een privacy-vriendelijke manier geïmplementeerd! |
