Monochromatisches Licht

Monochromatisches (von griechisch: mono-chromos, soviel wie eine Farbe) Licht ist Licht einer bestimmten Wellenlänge. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Monochromatischen Wellen. Die Farbe monochromatischen Lichts bezeichnet man auch als Spektralfarbe.

Idealisiert hätten alle Photonen eines monochromatischen Lichtbündels die gleiche Wellenlänge. In der Natur trifft man jedoch niemals perfekt monochromatisches Licht an, um einen Mittelwert herum besitzen die Photonen eine gewisse Bandbreite an Wellenlängen.

Monochromatisches Licht kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden: Es kann aus polychromatischem Licht (das heißt aus mehrfarbigem Licht, das aus vielen verschiedenen Wellenlängen besteht) mittels eines Monochromators (Prismen, Beugungsgitter, optischer Filter) hergestellt werden oder direkt aus den Spektrallinien der Atome.

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Monochromatoren

Prisma

Wenn man Licht unterschiedlicher Wellenlängen (wie beispielsweise Tageslicht) durch ein Prisma laufen lässt, wird aufgrund der unterschiedlichen Brechungszahl des Glases für unterschiedliche Wellenlängen kurzwelliges (blaues) Licht stärker gebrochen als langwelliges (rotes) Licht. Das Licht tritt daher je nach Wellenlänge unter einem anderen Winkel aus dem Prisma aus; man sagt, es ist in seine Spektralfarben zerlegt.

Beugungsgitter

Wenn Licht auf ein Beugungsgitter (feine Rillen oder Fäden bestimmter Dicke und bestimmten Abstandes) fällt, wird das einfallende Licht in alle Richtungen gebeugt. Durch Interferenz entsteht in bestimmten Beugungsrichtungen monochromatisches Licht.

Zur Herstellung monochromatischer Röntgenstrahlung können kristalline Festkörper genutzt werden, hier erfolgt die Beugung und Interferenz an den einzelnen, regelmäßig angeordneten Atomen.

Optischer Filter

Ein optischer Filter ist ein Material, das für manche Wellenlängen durchsichtig (transparent) und für andere undurchsichtig ist. Filter, die nur auf einem kleinen Wellenlängenbereich durchsichtig sind, erzeugen somit annähernd monochromatisches Licht.

Optische Filter, die nur auf einem engen Wellenlängenbereich transparent sind, werden oft als Interferenzfilter hergestellt.

Spektrallinie

Atome oder Moleküle strahlen aufgrund von Übergängen zwischen ihren Energieniveaus elektromagnetische Wellen (das heißt auch Licht) ab; die Energiedifferenz zwischen den Niveaus bestimmt die Energie, und somit die Wellenlänge, der entstehenden Strahlung. Da es nur eine (relativ) kleine Zahl von wichtigen Energieniveaus gibt, gibt es auch nur eine kleine Zahl von Übergängen, und somit von entstehenden Wellenlängen.

Man spricht in diesem Falle auch von einem Linienspektrum.

Ein Laser strahlt auf einer bestimmten Wellenlänge, die dem Übergang zwischen zwei Energieniveaus entspricht; Laserlicht ist somit monochromatisches Licht einer Spektrallinie.

Gasentladungslampen geringen Innendrucks erzeugen ebenfalls ein Liniensprektrum. Die einzelnen, von der Gasfüllung abhängigen Linien besitzen eine hohe Konstanz und sind sehr schmal. Sie werden sowohl als monochromatische Strahlung als auch als Wellenlängen-Normal benutzt (siehe Spektrallampe).