可見光譜(visible spectrum)是人的視覺可以感受的光譜。如白光經棱鏡或光柵色散後呈紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫彩帶,即為可見連續光譜。

中文名
可見光譜
外文名
The visible spectrum
波長
波長在380~780奈米
學科
物理學
包括
無線電波、紅外線

1概念

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可見光譜(visible spectrum)是人的視覺可以感受的光譜。如白光經棱鏡或光柵色散後呈紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫彩帶,即為可見連續光譜。

電腦生成的標準可見光譜電腦生成的標準可見光譜

2可見光源

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可見光的主要天然光源是太陽,主要人工光源是白熾物體(特別是白熾燈)。它們所發射的可見光譜是連續的。氣體放電管也發射可見光,其光譜是分立的。常利用各種氣體放電管加濾光片作為單色光源。

人眼可以看見的光的範圍受大氣層影響。大氣層對於大部分的電磁波輻射來講都是不透明的,只有可見光波段和其他少數如無線電通訊波段等例外。不少其他生物能看見的光波範圍跟人類不一樣,例如包括蜜蜂在內的一些昆蟲能看見紫外線波段,對於尋找花蜜有很大幫助。

光譜中並不能包含所有人眼和腦可以識別的顏色,如棕色、粉紅、紫紅等,因為它們需要由多種光波混合,以調整紅的濃淡。

可見光的波長可以穿透光學窗口,也就是可穿透地球大氣層而衰減不多的電磁波範圍(藍光散射的情況較紅光為嚴重,這也正是為何我們看到天空是藍色的)。人眼對可見光的反應是主觀的定義方式(參見CIE),但是大氣層的窗口則是用物理量測方式來定義。之所以稱為可見光窗口是因為它正好涵蓋了人眼可見的光譜。近紅外線(NIR)窗口剛好在人眼可見區段之外,中波長紅外線(WMIR)和遠紅外線(LWIR、FIR)則較人眼可見區段較遠。

3種類

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可見光由七種顏色不一的光組成,即紅、橙、黃、綠、靛、藍、紫。顏色不同,波長也不同:波長最長的是紅色光,接下來是橙、黃、綠、靛、藍、紫。也就是説紫色光波長最短。

可見光譜圖可見光譜圖

早期對光譜的2種解説來自於艾薩克·牛頓的光學和哥德(Johann Wolfgang von Goethe)的色彩學。牛頓首先在1671年在他的光學試驗的説明中使用了光譜這個字(在拉丁文中代表外觀、顯象)。牛頓觀察到一束陽光以一個角度射入玻璃棱鏡,部分會被反射,部分則穿透玻璃,並呈現出不同的色帶。牛頓假定陽光是由不同顏色的小粒子組成,而這些不同顏色在穿透物質時,前進速度不同。而紅光的速度快於紫光,而導致了在穿過棱鏡後紅光的偏折(折射)較紫光為小,産生各色的光譜。牛頓把光譜分成7種顏色:紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。他依古希臘哲學家的想法,選這7種顏色,並和音符、太陽系的行星、和一週的天數連結。然而人眼對於靛色頻率的敏感度其實是相對較差的,加之一些辨色能力正常的人都表示他們無法區分靛色和藍色、紫色。正因此之故,一些專家如艾薩克·阿西莫夫(Isaac Asimov)等都曾建議靛色不應被視為顏色,它只是藍和紫的濃淡不同的區間而已。哥德聲稱連續光譜是個複合現象。和牛頓則認為僅限可見光光譜是個單獨現象,哥德觀察到了更廣泛的部分,他發現到了沒有光譜的區間,如紅黃邊界和青藍邊界是白的,原來在邊界區會有色光重疊的現象。至此大眾接受了光是由光子組合成的(某些時候光有波的特性,其他時間則是粒子的特性,參閱波粒二象性),所有光在真空中是定速光速,而光在其他物質中的速度,都較光在真空中的速度為低,而光在真空中與其他物質中速度的比值就是該物質的折射率。在某些已知的物質(非色散物質)中不同頻率的光行進速度並無差別,但其他物質中,不同頻率的光有不同的行進速度:玻璃就屬於這種物質,所以玻璃棱鏡能把白光進行分光。自然界的虹就是個借由折射看到光譜的理想例子。

4應用

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可見光譜成像系統,它包括光源系統、分光系統、圖像成像及記錄系統、圖像分析及處理系統等幾個部分,由光學物鏡、液晶可調濾光片(LCTF)、CCD照相機、光源和電腦等裝置構成,其核心器件是液晶可調濾光片,它的功能類似于一個高品質的帶通式干涉濾光鏡。隨著電控液晶調節方法的採用,解決了通光面內的均勻性、峰值光譜透過率以及帶外抑制等問題,體現出精度高、易於實時控制等優點,對光譜成像技術的應用起到了積極的推動作用。

可見光譜成像系統的商業儀器,主要有美國CRI公司的Nuance多光譜成像儀和美國ChemImage公司的Condor高光譜成像系統,該系統光譜工作範圍是410nm-720nm,光譜解析度小于10nm,成像視場約為260mmx250mm,並通過光學元件來增大視場。此外,國內徐曉軒、沈志學等人也設計並研製出了具有結構簡單、高空間解析度和較高光譜解析度的可見光液晶光譜成像系統。

參考資料

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可見光譜 圖冊
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  • 更新時間:2020-12-15
  • 創建者:張三的張521
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