Monocromador

Un prisma triangular, el dibuix mostra com es dispersen les diferents llongituts d'ona de la llum. (Clic per a vore l'animació)

Un monocromador és un dispositiu òptic que servix per a medir la composició de la llum segons la seua distribució de llongituts d'ona (distribució espectral) ya siguen electromagnètiques o no a partir d'una font emissora que produïxca una àmplia gama de llongituts d'ona. El nom monocromador es deriva de les raïls gregues mona- que significa un, i chroma, color; el sufix -ador derivat del llatí denota la realisació d'una acció.

Principi de funcionament

Un monocromador pot utilisar qualsevol dels fenomens de refracció, per eixemple utilisant un prisma; o de difracció, utilisant una ret de difracció; per a separar espacialmente els diferents colors de la llum. Usualment el monocromador conta en un mecanisme que permet dirigir el color seleccionat cap a un recalat d'eixida, per a on el raig de llum monocromàtic pot abandonar el dispositiu. Per lo comú la ret o el prisma són utilisats en modo reflectivo. Un prisma reflectivo es construïx tallant en cristal un prisma de base triangular rectangular (típicament la base té la forma de mig triàngul equilátero). La llum entra en el prisma a través de la cara que forma la hipotenusa del triàngul i és reflectida dos voltes en les atres dos cares per un fenomen de reflexió total interna, eixint finalment per la mateixa cara per la que va entrar. En el passage de l'aire cap a l'interior del cristal i de l'interior del cristal cap a l'aire la llum és separada en els seus colors components degut a que cada color presenta un índex de refracció llaugerament diferent. Les rets de difracció aprofiten l'efecte de difracció, un efecte d'interferència constructiva-destructiva entre diferents llongituts d'ona, per a separar-les segons un patró regular. Com les rets de difracció necessiten que la separació entre recalats es trobe dins del mateix ranc de les llongituts d'ona a separar és possible aprofitar diferent cristals per a separar rajos X i, per la dualitat ona-partícula, fins a per a separar electrons, neutrons i núcleus d'heli segons les seues diferents energies. Açò és possible perque la distància entre els àtoms del cristal es troba en el mateix orde de magnitut que les llongituts d'ona associades a estes radiacions.

Colimación

La dispersió o difracció és controlable únicament si la llum amprada és colimada, açò és, si tots els rajos de llum són perfectament paralels entre sí. Una font lluminosa qualsevol que es trobe molt lluntana, tal com el sol, proveïx llum colimada. Isaac Newton va utilisar llum solar en el seu famós experiment. En un monocromador d'utilisació pràctica, no obstant, la font lluminosa es troba necessàriament molt propenca, per lo tant el sistema òptic del monocromador es deu encarregar de convertir la llum divergent entregada per la font lluminosa en llum colimada. Encara que alguns dissenys de monocromadores que utilisen rets de difracció no requerixen de l'afegitó de colimadores, la majoria dels dissenys ampren espills colimadores. Es preferix l'utilisació d'òptica reflectiva, perque no introduïx efectes dispersivos propis, a diferència de les lents que actuen també com a prismes, efecte conegut com aberració cromàtica.

Monocromadores tipo Czerny-Turner

Diagrama d'un monocromador Czerny-Turner.

Un monocromador tipo Fastie-Ebert. Este disseny és similar a un Czerny-Turner pero utilisa un espill comú per a les funcions de colimación i reenfoque.

En un disseny típic de tipo Czerny-Turner, la font lluminosa d'ampli espectre (A) és disparada contra un recalat d'entrada (B). La potència de llum empleable depén de l'intensitat que és capaç d'entregar la font en l'àrea definida pel recalat d'ingrés (amplitutllongitut) i l'àngul d'acceptació del sistema òptic. El recalat es troba en el foc efectiu d'un espill curve (l'espill colimador C), de forma tal que la llum reflectida pel colimador es troba colimada (té una llongitut focal infinita). La llum colimada és després refractada per un prisma o difractada per una ret de difracció (D) i després arreplegada per un atre espill (I) que s'encarrega de reenfocar la llum obtinguda que ara és de nou convergent, sobre el recalat d'eixida (F).

Usos

Un dispositiu que pot produir llum relativament monocromàtica té moltes aplicacions en òptica i en les ciències naturals en general degut a que moltes característiques de les substàncies són depenents del color. A pesar de que existixen moltes formes útils de produir fonts emissores monocromàtiques, no són tantes les formes de seleccionar en facilitat una llongitut d'ona pura a partir d'una font que entregue un ranc ampli d'elles. Una utilisació freqüent és en el laboratori de química, a on s'utilisen monocromadores per a seleccionar el color en el qual s'allumena una solució que absorbix una determinada llongitut d'ona, i per mig de la llei de Beer-Lambert determinar com és la seua concentració. Una atra utilisació freqüent és en astronomia a on s'utilisa per a determinar quin és el tipo espectral o la composició (abundància relativa de cada element) de les estrelas. També té aplicacions per eixemple en l'art, ya que és possible determinar l'autenticitat d'una obra d'art, o la seua antiguetat gràcies als pigments que utilisa, i cada pigment utilisat en cada época té diferents patrons d'absorció, per lo que allumenades en llum monocromàtica dos obres del mateix aspecte pero que utilisen diferents pigments, presenten un aspecte totalment diferent.