Optisches Spektrum

Das Lichtspektrum ist ein winziger Teil des elektromagnetischen Spektrums, der ohne technische Hilfsmittel über das menschliche Auge wahrgenommen werden kann. Der Wellenlängen-Bereich des Lichtspektrums reicht dabei von ungefähr 380 bis 750 nm, einem Frequenz-Bereich von ca. 4·10¹⁴ bis 7,5·10¹⁴ Hz entsprechend.

Illustration des Spektrums der elektromagnetischen Wellen

Die Spektralfarben des Lichtes

Farbe	Wellenlänge	Frequenz
rot	~ 700–630 nm	~ 430–480 THz
orange	~ 630–590 nm	~ 480–510 THz
gelb	~ 590–560 nm	~ 510–540 THz
grün	~ 560–490 nm	~ 540–610 THz
blau	~ 490–450 nm	~ 610–670 THz
violett	~ 450–400 nm	~ 670–750 THz

Weitere Bezeichnungen für das Lichtspektrum sind das sichtbare Spektrum, der visuelle Bereich (kurz VIS oder auch VIS-Bereich genannt) sowie umgangssprachlich auch Licht.

Angrenzend an das für den Menschen sichtbare Lichtspektrum, befindet sich im elektromagnetischen Spektrum der UV-Bereich bei kürzeren und der IR-Bereich bei längeren Wellenlängen, welche teilweise von anderen Lebewesen wahrgenommen werden können (siehe auch die Spektralfarben).

Spektrumtypen

Emissionsspektrum

Jeder chemische Stoff sendet ein charakteristisches Spektrum aus. Das Spektrum eines glühenden festen oder flüssigen "Körpers" ist stets ein kontinuierliches Spektrum, das alle Wellenlängen enthält. Anders verhalten sich glühende Gase und Dämpfe. Sie liefern im Allgemeinen diskontinuierliche Spektren, die nur aus einzelnen, durch dunkle Zwischenräume getrennten, scharfen Spektrallinien bestehen. Manche Gase weisen zusammenhängende "Banden" aus Spektrallinien auf. Die Linienspektren sind Atomspektren, die Bänderspektren rühren von Molekülschwingungen her. Die einfachste Form eines kontinuierlichen Spektrums lässt sich mit Hilfe eines glühenden Festkörpers, einer Flüssigkeit oder einem sehr dichten Gas erzeugen.

Kontinuierliches Spektrum

Glühlichtquellen (Temperaturstrahler) senden (emittieren) kontinuierliche Spektren aus. Derartige Spektren folgen teilweise dem Spektrum eines schwarzen Körpers. Reale Temperaturstrahler besitzen diskrete Lücken im kontinuierlichen Spektrum, die durch Selbstabsorption entstehen, z. B. die so genannten Fraunhoferschen Linien im Sonnenspektrum.

In Leuchtstofflampen wird erst ein Linienspektrum erzeugt, das dann von einem Leuchtstoff absorbiert wird. Dieser Leuchtstoff emittiert dann in einem weiten Wellenlängenbereich.

Diskontinuierliches Spektrum

Linienspektrum

Ein Linienspektrum existiert, wenn eine Lichtquelle nur Licht mit diskreten Wellenlängen (wie z. B. eine Quecksilberdampflampe) emittiert. Das Licht entsteht in diesem Fall durch eine Reihe spezifischer Übergänge zwischen Energiezuständen von Atomen, seltener von Molekülen.

Die entstehenden, separaten und diskreten Emissionsbereiche werden als Spektrallinien bezeichnet. Licht mit nur einer diskreten Wellenlänge wird als Monochromatisches Licht bezeichnet.

Bandenspektrum

Ein Bandenspektrum entsteht, wenn eine Lichtquelle Quanten ähnlicher Wellenlänge entsendet. Das Spektrum besteht dann aus vielen, nahe beieinander liegenden und oft auch überlappenden Spektrallinien, deren Gesamtheit Banden bzw. Absorptionsbanden genannt wird. Sie rühren von Energieübergängen in Molekülen her.

Absorptionsspektrum

Ein Stoff, der bei einer bestimmten Wellenlänge Licht abstrahlt, kann Licht der gleichen Wellenlänge absorbieren. Absorptionsspektren sind oft invers zu Emissionsspektren (Transmissionspektren). Oft verursachen strahlungslose Energieübergänge kleine Unterschiede zwischen beiden Spektren. Neben Spektrallinien finden sich auch Absorptionsbanden.

Anwendungen

In der Spektralanalyse wird das von einem Testkörper ausgehende Emissions- oder Absorptions-Spektrum hinsichtlich markanter Linien untersucht. Aus diesen Linien können Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der untersuchten Materie gezogen werden. Außerdem können beispielsweise in der Astrospektroskopie Aussagen über die Temperatur und die Bewegungsrichtung von Sternen durch deren Spektren getroffen werden. Weitere Anwendung finden Lichtspektren in der Atomspektroskopie sowie auch in der Messung von Farben (Farbmetrik) und in Interferenz-optischen Methoden (Weißlichtinterferenz) zur zerstörungsfreien Messung der Schichtdicke transparenter optischer Schichten.

Literatur

deutsch

• Das Phänomen Farbe – Übersichtliche Einführung, von Thomas Seilnacht

englisch

• Color Vision: Light and the eye – umfassendes Essay zum Thema, von Bruce MacEvoy
  • In: Handprint: Watercolors
• Colour Rendering of Spectra – Spektrum und Spektralfarben, von John Walker

Elektromagnetisches Spektrum

Radiowellen | Mikrowellen | Terahertzstrahlung | Infrarotstrahlung | Sichtbares Spektrum | Ultraviolettstrahlung | Röntgenstrahlung | Gammastrahlung