Van poly- naar monochromatisch licht met een monochromator

Een monochromator wordt gebruikt om uit een continue lichtbron een bepaald golflengtegebied te isoleren. Monochromatoren bestaan er in verschillende vormen. Je hebt filters, prisma’s of roosters. Afhankelijk van de soort monochromator kan men licht met een smal tot zeer smal golflengtegebied verkrijgen.

• Poly- en monochromatisch licht
• Monochromatoren
• Filters
• Prisma
• Rooster
• Constructieve en destructieve interferentie van lichtstralen
• Bij een interferentiefilter
• Bij een rooster

Poly- en monochromatisch licht

Polychromatisch licht betekent letterlijk licht met vele kleuren. Er wordt dus letterlijk het ganse spectrum van het zichtbaar licht bedoeld, alle kleuren van de regenboog dus. Een witte lichtbron straalt polychromatisch licht uit. Door de menging van al die kleuren wordt wit licht verkregen. Monochromatisch licht betekent letterlijk licht met 1 kleur. Ondertussen vertaalt men de term polychromatisch licht als licht met vele golflengten. Met de term monochromatisch licht wordt licht van een smal golflengtegebied bedoeld. Dit kan men het beste uitdrukken met het begrip spectrale bandbreedte. De spectrale bandbreedte is de breedte van het golflengtegebied waar zich ongeveer 75% van het door de monochromator doorgelaten licht bevindt. Hoe kleiner de spectrale bandbreedte, hoe beter de kwaliteit van de monochromator.

Monochromatoren

Filters

Absorptiefilter
Absorptiefilters bestaan uit gekleurd glas of kunststof. Ze hebben de eigenschap licht door te laten van een bepaald gedeelte van het spectrum, terwijl andere golflengten geabsorbeerd worden. Een roodfilter laat rood licht door, vandaar zijn rode kleur, terwijl het de andere kleuren van het spectrum absorbeert. Een absorptiefilter heeft een spectrale bandbreedte van ongeveer 100 nm.

Interferentiefilter
Een interferentiefilter bestaat uit een laag doorschijnend materiaal waarbij aan weerszijden een zeer dunne laag van een metaal is aangebracht. Iedere metaalfilm weerkaatst ongeveer de helft van een straling die er op valt en laat de andere helft door. De werking van een interferentiefilter is beter dan die van een absorptiefilter, de bandbreedte is kleiner, ongeveer 20 nm.

Prisma

Als het regent terwijl de zon schijnt, kan je een regenboog zien. Het licht wordt door de regendruppels gescheiden in zijn samenstellende kleuren. Hetzelfde effect kan je zien wanneer je een prisma in het zonlicht houdt. De scheiding in kleuren komt doordat de breking van het licht door een prisma afhangt van de golflengte van de gebroken lichtstralen. Lichtstralen met een kleinere golflengte worden sterker gebroken dan stralen met een groter golflengte. Violet licht wordt dus sterker gebroken dan rood licht. Met een prisma kan een bandbreedte van ongeveer 1 nm verkregen worden.

Rooster

Een rooster is een glazen plaatje met een aluminiumlaag, waarin een groot aantal evenwijdige groeven is aangebracht. Dit kunnen er meer dan 1000 per mm zijn. Laat men wit licht op een rooster vallen, dan wordt door diffractie (= afbuiging) licht van verschillende golflengten verkregen. Men kan met het rooster een spectrale bandbreedte van 0,1 nm bereiken.

Constructieve en destructieve interferentie van lichtstralen

Bij constructieve en destructieve interferentie worden lichtgolven met een bepaalde golflengte respectievelijk versterkt en afgezwakt. Golven die in fasen bewegen, zullen elkaar maximaal versterken. In fase bewegen, betekent dat ze samen vertrekken of een weglengteverschil hebben van een geheel aantal keren hun golflengte. Golven die in tegenfase bewegen, zullen elkaar uitdoven. In tegenfase bewegen, betekent dat de golven een weglengteverschil van een geheel aantal keren de helft van hun golflengte hebben. Dit verschijnsel ligt aan de basis van de werking van een interferentiefilter en een rooster.

Bij een interferentiefilter

Wanneer men licht loodrecht op een interferentiefilter laat invallen, zal een deel van het licht gewoon door de filter gaan (golf 1), een deel zal een keer of een oneven aantal keren weerkaatsen en de filter terug verlaten langs de kant van binnenkomen en een deel zal twee keer of een even aantal keren weerkaatsen en het eerder doorgelaten licht dus volgen (golf 2). Het weglengteverschil tussen de eerst doorgelaten straal en de straal die bijvoorbeeld twee keer is weerkaatst, is dus twee keer de dikte van de filter. Als je weet dat lichtgolven worden versterkt als hun weglengteverschil een geheel aantal keer de golflengte van de licht golf is, weten we dat een bepaalde filter versterkte lichtgolven zal doorlaten met een golflengte(λ) = 2d.

Bij een rooster

Stel eerst een rooster met slechts twee groeven die op een afstand [s₁ s₂] van elkaar zijn verwijderd. De lichtgolf die door spleet s₁ beweegt heeft dan een weglengteverschil d met een lichtgolf die evenwijdig door spleet s₂ beweegt. Met d = sinθ.[s₁ s₂] en met een maximale constructieve interferentie van d = n.λ weten we dat in dat geval de intensiteit van het doorgelaten licht maximaal wordt als sinθ = n.λ/[s₁ s₂] met n een geheel getal.

Voor een rooster met meerdere groeven blijft de redenering gelijk maar hiervoor stelt [s₁ s₂] dan de afstand voor tussen twee opeenvolgende spleten voor, de zogenaamde roosterconstante. Door het rooster te draaien ten opzichte van het licht, kan je dus licht van een bepaald golflengtegebied selecteren.