Монохроматичность

Монохроматический свет (от моно... и греч. chroma, родительный падеж chromatos — цвет), электромагнитная волна одной определённой и строго постоянной частоты из диапазона частот, непосредственно воспринимаемых человеческим глазом . Происхождение термина «М. с.» связано с тем, что различие в частоте световых волн воспринимается человеком как различие в цвете. Однако по своей физической природе электромагнитные волны видимого диапазона не отличаются от волн др. диапазонов (инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского и т. д.), и по отношению к ним также используют термин «монохроматический» («одноцветный»), хотя никакого ощущения цвета эти волны не дают.

Понятие «М. с.» (как и «монохроматическое излучение» вообще) является идеализацией. Теоретический анализ показывает, что испускание строго монохроматической волны должно продолжаться бесконечно долго. Реальные же процессы излучения ограничены во времени, и поэтому в них одновременно испускаются волны всех частот, принадлежащих некоторому интервалу. Чем `Уже этот интервал, тем «монохроматичнее» излучение. Так, очень близко к М. с. излучение отдельных линий спектров испускания свободных атомов (например, атомов газа). Каждая из таких линий соответствует переходу атома из состояния m (с большей энергией) в состояние n (с меньшей энергией). Если бы энергии этих состояний имели строго фиксированные значения Em и En, атом излучал бы М. С. частоты nmn = 2pwmn = (Em — En)/h (см. Излучение). Здесь h — Планка постоянная, равная 6,624 ?10-27 эрг ?сек. Однако в состояниях с большей энергией атом может находиться лишь малое время Dt (обычно 10-8 сек — т. н. время жизни на энергетическом уровне), и, согласно неопределённостей соотношению для энергии и времени жизни квантового состояния (DЕDt ? h), энергия, например, состояния m может иметь любое значение между Em + DE и Em — DЕ. За счёт этого излучение каждой линии спектра приобретает «разброс» частот Dnmn = 2DЕ/h = 2/Dt (подробнее см. Ширина спектральных линий).

При испускании света (или электромагнитного излучения др. диапазонов) реальными источниками в них происходит множество переходов между различными энергетическими состояниями; поэтому в таком излучении присутствуют волны многих частот. Приборы, с помощью которых из света выделяют узкие спектральные интервалы (излучение, близкое к М. с.), называют монохроматорами. Чрезвычайно высокая монохроматичность характерна для излучения некоторых типов лазеров (его спектральный интервал может быть значительно уже, чем у линий атомных спектров).

Лит.: Борн М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Калитеевский Н. И., Волновая оптика, М., 1971.

 
Л. Н. Каперский.