光譜（spectrum）

光譜是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡、光柵）分光后，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分，在這個(gè)波長范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。

光波是由原子運(yùn)動(dòng)過程中的電子產(chǎn)生的電磁輻射。各種物質(zhì)的原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)情況不同，所以它們發(fā)射的光波也不同。研究不同物質(zhì)的發(fā)光和吸收光的情況，有重要的理論和實(shí)際意義，已成為一門專門的學(xué)科——光譜學(xué)。分子的紅外吸收光譜一般是研究分子的振動(dòng)光譜與轉(zhuǎn)動(dòng)光譜的，其中分子振動(dòng)光譜一直是主要的研究課題。

復(fù)色光中有著各種波長（或頻率）的光，這些光在介質(zhì)中有著不同的折射率。因此，當(dāng)復(fù)色光通過具有一定幾何外形的介質(zhì)（如三棱鏡）之后，波長不同的光線會(huì)因出射角的不同而發(fā)生色散現(xiàn)象，投映出連續(xù)的或不連續(xù)的彩色光帶。

這個(gè)原理亦被應(yīng)用于著名的太陽光的色散實(shí)驗(yàn)。太陽光呈現(xiàn)白色，當(dāng)它通過三棱鏡折射后，將形成由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫順次連續(xù)分布的彩色光譜，覆蓋了大約在390到770納米的可見光區(qū)。歷史上，這一實(shí)驗(yàn)由英國科學(xué)家艾薩克·牛頓爵士于1665年完成，使得人們第一次接觸到了光的客觀的和定量的特征。

在一些可見光譜的紅端之外，存在著波長更長的紅外線；同樣，在紫端之外，則存在有波長更短的紫外線。紅外線和紫外線都不能為肉眼所覺察，但可通過儀器加以記錄。因此，除可見光譜，光譜還包括有紅外光譜與紫外光譜。

按產(chǎn)生方式，光譜可分為發(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜。

有的物體能自行發(fā)光，由它直接產(chǎn)生的光形成的光譜叫做發(fā)射光譜。

發(fā)射光譜可分為三種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續(xù)光譜。線狀光譜主要產(chǎn)生于原子，由一些不連續(xù)的亮線組成；帶狀光譜主要產(chǎn)生于分子由一些密集的某個(gè)波長范圍內(nèi)的光組成；連續(xù)光譜則主要產(chǎn)生于白熾的固體、液體或高壓氣體受激發(fā)發(fā)射電磁輻射，由連續(xù)分布的一切波長的光組成。

在白光通過氣體時(shí)，氣體將從通過它的白光中吸收與其特征譜線波長相同的光，使白光形成的連續(xù)譜中出現(xiàn)暗線。此時(shí)，這種在連續(xù)光譜中某些波長的光被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜被稱作吸收光譜。通常情況下，在吸收光譜中看到的特征譜線會(huì)少于線狀光譜。

當(dāng)光照射到物質(zhì)上時(shí)，會(huì)發(fā)生非彈性散射，在散射光中除有與激發(fā)光波長相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發(fā)光波長長的和短的成分，后一現(xiàn)象統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)。這種現(xiàn)象于1928年由印度科學(xué)家拉曼所發(fā)現(xiàn)，因此這種產(chǎn)生新波長的光的散射被稱為拉曼散射，所產(chǎn)生的光譜被稱為拉曼光譜或拉曼散射光譜。

按產(chǎn)生本質(zhì)，光譜可分為分子光譜與原子光譜。

在分子中，電子態(tài)的能量比振動(dòng)態(tài)的能量大50～100倍，而振動(dòng)態(tài)的能量又比轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的能量大50～100倍。因此在分子的電子態(tài)之間的躍遷中，總是伴隨著振動(dòng)躍遷和轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的，因而許多光譜線就密集在一起而形成分子光譜。因此，分子光譜又叫做帶狀光譜。

在原子中，當(dāng)原子以某種方式從基態(tài)提升到較高的能態(tài)時(shí)，原子內(nèi)部的能量增加了，原子中的部分電子提升到激發(fā)態(tài)，然而激發(fā)態(tài)都不能維持，在經(jīng)歷很短的一段隨機(jī)的時(shí)間后，被激發(fā)的原子就會(huì)回到原來能量較低的狀態(tài)。在原子中，被激發(fā)的電子在回到能量較低的軌道時(shí)釋放出一個(gè)光子，也就是說這些能量將被以光的形式發(fā)射出來，于是產(chǎn)生了原子的發(fā)射光譜，亦即原子光譜。因?yàn)檫@種原子能態(tài)的變化是非連續(xù)量子性的，所產(chǎn)生的光譜也由一些不連續(xù)的亮線所組成，所以原子光譜又被稱作線狀光譜。 

光譜特性曲線

光譜特性曲線是指光譜波長與其他變量間的關(guān)系曲線。保持入射光的強(qiáng)度（即光通量）不變，測出不同頻率的光所產(chǎn)生的光電流，作出兩者之間的關(guān)系曲線。

不同光電陰極的光譜響應(yīng)曲線是不一樣的。對(duì)表面清潔的金屬，其飽和光電流  隨著入射光頻率  的增加而單調(diào)增加，即所謂的正常光電效應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出，當(dāng) 稍大于 時(shí)，正常光電效應(yīng)的頻率特性曲線近似地符合公式：

式中，

 是一個(gè)常數(shù)。上式表明，由單位光能流產(chǎn)生的光電流與光頻率的關(guān)系，在 

對(duì)于堿金屬和復(fù)雜光電陰極，其光譜特性曲線不是單調(diào)上升的形狀，而是在某一個(gè)或幾個(gè)頻率下，光電流有峰值，這稱之為選擇性光電效應(yīng)。

產(chǎn)生選擇性光電效應(yīng)的原因是，在一定的頻率范圍內(nèi)，陰極中吸收了光子能量后激發(fā)到真空能級(jí)以上的自由電子數(shù)目隨著頻率的增高而減小。在上述兩個(gè)因素的共同作用下，就造成了某一頻率  時(shí)光電發(fā)射電流具有峰值。

光譜的發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識(shí)，使我們對(duì)光、對(duì)電磁波有了更深入的認(rèn)識(shí)和新的探索方向；生產(chǎn)制造中材料的光譜特性與光電材料的響應(yīng)特性，則為我們在機(jī)器視覺中更精密的檢測、更準(zhǔn)確的識(shí)別，提供了理論支持。

【來源：網(wǎng)絡(luò)】


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