單色器

光的色散的概念動畫。

阿貢國家實驗室先進光子源的X射線光束線中的單色儀。

單色器是一種光學設備，可機械地從輸入的較寬波長範圍的光或其他輻射中選擇性透射較窄的波長範圍的輻射。

用途

可以產生單色光的設備在科學和光學方面都有許多用途，因為材料的許多光學特性都取決於波長。儘管有許多有用的方法來選擇窄帶波長（在可見光範圍內被視為純色），但沒有很多其他方法可以輕鬆地從寬範圍內選擇任意波長帶。有關單色器某些用途的討論，請參見下文。

在硬X射線和中子光學中，晶體單色器用於定義儀器的波況。

原理

單色儀可以使用稜鏡中的色散現象，也可以使用衍射光柵的衍射現象在空間上分離光的顏色。單色器通常具有將所選顏色引導到出射口的機制。通常，光柵或稜鏡的作用機制是反射。反射稜鏡是通過製作一個直角三角形稜鏡（通常是等邊稜鏡的一半）並將一面磨成鏡面而製成的。光通過斜邊面入射並反射回去，在同樣的表面上折射兩次。總折射和總色散與在透射模式下使用等邊稜鏡時的情況相同。

應用

單色器用於許多光學測量儀器以及需要可調單色光的其他機器中。有時，單色光直接對準樣品，然後測量反射或透射光。有時，白光會直接對準樣品，而單色器則用於分析反射或透射的光。在許多螢光計中使用了兩個單色器，一個單色器用於選擇激發波長，第二個單色器用於分析發射的光。

自動掃描光譜儀包括改變由單色器選擇的波長並記錄所測量的量隨波長變化的結果的機制。

如果將成像設備替換出口狹縫，即為光譜儀的基本配置。這種配置允許同時分析多種顏色的色彩強度。可以使用攝影膠片或光電探測器陣列來收集光。這種儀器無需機械掃描即可記錄光譜函數，儘管在解析度或靈敏度等方面可能會打折扣。

吸收分光光度計測量樣品對光的吸收與波長的關係。有時結果表示為透射比，有時則表示為透射比的負對數。比爾-朗伯定律將光的吸收與吸光物質的濃度，光程長度以及材料的固有特性（稱為摩爾吸光係數）聯繫起來。根據這種關係，強度的降低與吸收物質濃度和光程長度呈指數關係。使用透射比的負對數時，其減少是線性的。此值的舊命名法是光密度（OD），當前命名法是單位吸光度（AU）。一個AU是光強度降低十倍。六個AU減少了一百萬倍。

吸收分光光度計通常包含一個單色器，以向樣品提供光。一些吸收分光光度計具有自動光譜分析功能。

吸收分光光度計在化學，生物化學和生物學中有許多日常用途。例如，其被用於測量許多吸收光的物質的濃度或濃度變化。許多生物材料（如酶）被用於測量的的關鍵特徵是通過啟動化學反應，這些化學反應會產生顏色變化，取決於所研究材料的存在或活性。光學溫度計是通過校準材料的吸光度隨溫度的變化而創建的。此外還有許多應用。

分光光度計用於測量鏡子的鏡面反射率和有色物體的漫反射率。它們用於表徵太陽鏡，雷射防護眼鏡和其他光學濾鏡的性能。

在紫外線，可見光和近紅外光中，吸收率和反射率分光光度計通常用單色光照射樣品。在相應的紅外儀器中，單色器通常用於分析來自樣品的光。

單色器還用於光學儀器中，該儀器可測量除簡單吸收或反射以外的其他現象，無論光的顏色如何變化很大。圓二色光譜儀例如包含單色儀。

雷射產生的光比此處討論的光學單色儀的單色要多得多，但是只有一些雷射很容易調諧，並且這些雷射的使用並不簡單。

單色光允許測量成像設備（例如CCD或CMOS成像器）的量子效率（QE）。來自出口狹縫的光通過擴散器或積分球傳遞到成像設備，同時經過校準的檢測器同時測量光。成像器，校準檢測器和單色儀的配合使人們可以計算為給定波長QE的光子生成的載流子（電子或空穴）。