Типичный широкополосный источник ИК-спектрометра одновременно излучает все интересующие ИК-частоты.

В настоящее время я изучаю учебник « Инфракрасная и комбинационная спектроскопия» , 2-е издание, Питера Ларкина. В разделе, озаглавленном «Процесс инфракрасного поглощения» , автор говорит следующее:

Типичный широкополосный источник ИК-спектрометра одновременно излучает все интересующие ИК-частоты, где ближний ИК-диапазон составляет 14 000–4 000 см–1. 1 , средний ИК-диапазон 4000 - 400 см 1 , а дальняя ИК область 400 - 10 см 1 .

Я знаю, что лазеры примерно, более или менее , монохроматичны. Очевидно, что длина волны — это не то же самое, что частота, но идея о том, что источник света может одновременно излучать широкий диапазон частот, вызывала у меня дискомфорт, учитывая вышеупомянутый факт о монохроматичности.

Проводя исследование, я нашел следующее объяснение (см. 10.6.2 Механизмы восприятия ):

Оптические датчики обычно связаны с оптическим модулем, как показано на рис. 10.38. Модуль подает возбуждающий свет, который может исходить от монохроматического источника, такого как диодный лазер, или от широкополосного источника (например, кварцево-галогенный), который фильтруется для обеспечения узкой полосы пропускания возбуждения.

Мне кажется, что это объяснение смешивает понятия "широкополосность" и "монохроматичность" или, по крайней мере, пишет так, что кажется так:

Модуль подает возбуждающий свет, который может исходить от монохроматического источника, такого как диодный лазер, или от широкополосного источника (например, кварцево-галогенный)...

Я был бы очень признателен, если бы люди нашли время, чтобы объяснить, как источник света может быть «широкополосным» (то есть излучать широкий диапазон частот), и пояснить, что говорит приведенное выше объяснение.

Вы знакомы с излучением абсолютно черного тела? Тепловое излучение широкополосное (несколько частот сразу). Лампа накаливания устроена так. Мне кажется, что в приведенных вами ссылках проводится правильное различие между монохроматическим излучением лазерных диодов и широкополосным излучением тепловых источников.
Обратите также внимание, что цитируемое предложение, в котором упоминается кварцево-галогенный источник, указывает на то, что его широкополосное излучение должно быть отфильтровано , чтобы сделать его более похожим на монохроматический источник - без фильтра оно не обладает этим свойством.
@kleingordon Ах, да, я забыл об излучении черного тела и тепловом излучении. Что касается ссылки, в свете вашего ответа, я думаю, что я неправильно ее прочитал. Спасибо за пояснение. Не стесняйтесь публиковать ответ, чтобы я мог принять его и закрыть этот вопрос.

Ответы (2)

Тепловое излучение (часто идеализируемое как излучение абсолютно черного тела) является широкополосным, т.е. одновременно излучает несколько частот. Лампа накаливания устроена так. Ссылки, приведенные в вопросе, проводят правильное различие между монохроматическим излучением лазеров и широкополосным излучением тепловых источников.

Процитированное предложение, в котором упоминается кварцево-галогенный источник, указывает на то, что его широкополосное излучение должно быть отфильтровано, чтобы он вел себя как монохроматический источник — без фильтра он не обладает этим свойством.

Есть два возможных пути создания широкополосного источника света.

  1. Некогерентные источники

    Первый способ — создать источник, который излучает свет на нескольких разных частотах без какой-либо когерентности между этими частотными компонентами. Самый простой способ сделать это — использовать тепловые источники (например, кварцево-галогенные лампы, упомянутые в качестве примеров в вашей цитате), но есть и другие механизмы, такие как, например, флуоресценция.

  2. Когерентные источники

    Или, другими словами, импульсные лазеры. Чтобы быть тупым, когда вы говорите

    Я знаю, что лазеры приблизительно, более или менее, монохроматичны.

    вы «знаете» неправильно. Лазеры действительно часто описывают как излучающие свет только одной частоты, но это заблуждение. Лазеры возникают из-за усиления света за счет вынужденного излучения, и это усиление может происходить на любой частоте, где активная среда имеет доступные переходы. Для твердотельных систем эти переходы часто происходят в широких полосах частот, поэтому эти усиливающие среды можно использовать в качестве «перестраиваемых» лазеров (где вы используете резонатор для выбора усиливаемой частоты), но вы также можете настроить их так, чтобы что все частоты усиливаются одновременно, фиксируя их относительную фазу так, чтобы они были согласованы друг с другом, что приводит к серии (часто очень коротких) лазерных импульсов.

Из-за дополнительных уровней технологии импульсные лазеры часто дороже, чем тепловые источники (которые могут быть чрезвычайно простыми), поэтому, если вам не нужна когерентность (например, в спектрометре), вы просто используете тепловые источники, когда вы нужен широкополосный свет.

Если я не ошибаюсь, монохроматичность относится к электромагнитному излучению одной длины волны , а не частоты. Насколько я понимаю, лазеры часто описывают как излучающие свет только одной длины волны , а не частоты. Я не прав? Кажется, вы путаете длину волны, к которой относится монохроматичность, и частоту, которая является другим свойством. По моей ссылке, монохроматичность — это физически невозможное явление, к которому приближаются лазеры, поэтому я и сформулировал это так. Я что-то здесь неправильно понимаю?
Хорошо, я не учел широкополосное излучение импульсных лазеров в своем ответе, и это действительно имеет отношение к вопросу.
@ThePointer, как и в случае любого волнового явления, между частотой и длиной волны существует однозначное соотношение, определяемое соотношением дисперсии. Для электромагнитного света, распространяющегося в вакууме или почти в вакууме, соотношение просто частота * длина волны = скорость света (в хорошем приближении). Поэтому принято отождествлять эти две величины друг с другом и упоминать «длину волны» или «частоту» взаимозаменяемо при различении излучения на разных длинах волн или частотах.
@kleingordon О, хорошо, понятно. Это очень интересно. Значит ли это, что у нас может быть лазерное устройство, которое одновременно излучает несколько разных длин волн в широком спектре? Например, можем ли мы иметь лазерное устройство, излучающее одиночный луч с длинами волн 500 нм и 1000 нм или 1500 нм и 2000 нм одновременно? Или я неправильно понимаю ответ Эмилио?
Да, как сказал Эмилио, импульсные лазеры могут излучать когерентный свет, охватывающий диапазон длин волн одновременно. Различные устройства могут быть настроены для этого в разных диапазонах длин волн. На практике можно ограничиться длинами волн, которые может производить доступная импульсная лазерная система.
@kleingordon Очень интересно. Спасибо за пояснение.
@ThePointer Да, правильно. Как всегда, реальный мир накладывает практические ограничения на то, насколько широкой может быть ваша полоса пропускания (и, в частности, октавный спектр в вашем первом примере был бы серьезной практической проблемой, хотя есть группы, которые достигают аналогичных спектров в ИК-диапазоне). вполне рутинно) но в принципе ничего не мешает.