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光譜與光譜?響應曲線

來源：光虎

光譜（spectrum）

光譜是復色光經過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個波長范圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。

光波是由原子運動過程中的電子產生的電磁輻射。各種物質的原子內部電子的運動情況不同，所以它們發(fā)射的光波也不同。研究不同物質的發(fā)光和吸收光的情況，有重要的理論和實際意義，已成為一門專門的學科——光譜學。分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動光譜與轉動光譜的，其中分子振動光譜一直是主要的研究課題。

原理

復色光中有著各種波長（或頻率）的光，這些光在介質中有著不同的折射率。因此，當復色光通過具有一定幾何外形的介質（如三棱鏡）之后，波長不同的光線會因出射角的不同而發(fā)生色散現象，投映出連續(xù)的或不連續(xù)的彩色光帶。

這個原理亦被應用于著名的太陽光的色散實驗。太陽光呈現白色，當它通過三棱鏡折射后，將形成由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順次連續(xù)分布的彩色光譜，覆蓋了大約在390到770納米的可見光區(qū)。歷史上，這一實驗由英國科學家艾薩克·牛頓爵士于1665年完成，使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特征。

分類

按波長區(qū)域

在一些可見光譜的紅端之外，存在著波長更長的紅外線；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(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜。

有的物體能自行發(fā)光，由它直接產生的光形成的光譜叫做發(fā)射光譜。

發(fā)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(xù)光譜。線狀光譜主要產生于原子，由一些不連續(xù)的亮線組成；帶狀光譜主要產生于分子由一些密集的某個波長范圍內的光組成；連續(xù)光譜則主要產生于白熾的固體、液體或高壓氣體受激發(fā)發(fā)射電磁輻射，由連續(xù)分布的一切波長的光組成。

在白光通過氣體時，氣體將從通過它的白光中吸收與其特征譜線波長相同的光，使白光形成的連續(xù)譜中出現暗線。此時，這種在連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產生的光譜被稱作吸收光譜。通常情況下，在吸收光譜中看到的特征譜線會少于線狀光譜。

當光照射到物質上時，會發(fā)生非彈性散射，在散射光中除有與激發(fā)光波長相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發(fā)光波長長的和短的成分，后一現象統(tǒng)稱為拉曼效應。這種現象于1928年由印度科學家拉曼所發(fā)現，因此這種產生新波長的光的散射被稱為拉曼散射，所產生的光譜被稱為拉曼光譜或拉曼散射光譜。

按產生本質

按產生本質，光譜可分為分子光譜與原子光譜。

在分子中，電子態(tài)的能量比振動態(tài)的能量大50～100倍，而振動態(tài)的能量又比轉動態(tài)的能量大50～100倍。因此在分子的電子態(tài)之間的躍遷中，總是伴隨著振動躍遷和轉動躍遷的，因而許多光譜線就密集在一起而形成分子光譜。因此，分子光譜又叫做帶狀光譜。

在原子中，當原子以某種方式從基態(tài)提升到較高的能態(tài)時，原子內部的能量增加了，原子中的部分電子提升到激發(fā)態(tài)，然而激發(fā)態(tài)都不能維持，在經歷很短的一段隨機的時間后，被激發(fā)的原子就會回到原來能量較低的狀態(tài)。在原子中，被激發(fā)的電子在回到能量較低的軌道時釋放出一個光子，也就是說這些能量將被以光的形式發(fā)射出來，于是產生了原子的發(fā)射光譜，亦即原子光譜。因為這種原子能態(tài)的變化是非連續(xù)量子性的，所產生的光譜也由一些不連續(xù)的亮線所組成，所以原子光譜又被稱作線狀光譜。