[科普中国]-可见光谱

内容

整个电磁波谱包括了无线电波、红外线、紫外线以及X射线等。它们的波长不同，其中波长在400~760纳米之间就是一般的可见光。

可见光源可见光的主要天然光源是太阳，主要人工光源是白炽物体（特别是白炽灯）。它们所发射的可见光谱是连续的。气体放电管也发射可见光，其光谱是分立的。常利用各种气体放电管加滤光片作为单色光源。

人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。

光谱中并不能包含所有人眼和脑可以识别的颜色，如棕色、粉红、紫红等，因为它们需要由多种光波混合，以调整红的浓淡。

可见光的波长可以穿透光学窗口，也就是可穿透地球大气层而衰减不多的电磁波范围（蓝光散射的情况较红光为严重，这也正是为何我们看到天空是蓝色的）。人眼对可见光的反应是主观的定义方式（参见CIE），但是大气层的窗口则是用物理量测方式来定义。之所以称为可见光窗口是因为它正好涵盖了人眼可见的光谱。近红外线（NIR）窗口刚好在人眼可见区段之外，中波长红外线（WMIR）和远红外线（LWIR、FIR）则较人眼可见区段较远。

种类可见光由七种颜色不一的光组成，即红、橙、黄、绿、靛、蓝、紫。颜色不同，波长也不同：波长最长的是红色光，接下来是橙、黄、绿、靛、蓝、紫。也就是说紫色光波长最短。

早期对光谱的2种解说来自于艾萨克·牛顿的光学和哥德（Johann Wolfgang von Goethe）的色彩学。牛顿首先在1671年在他的光学试验的说明中使用了光谱这个字（在拉丁文中代表外观、显象）。牛顿观察到一束阳光以一个角度射入玻璃棱镜，部分会被反射，部分则穿透玻璃，并呈现出不同的色带。牛顿假定阳光是由不同颜色的小粒子组成，而这些不同颜色在穿透物质时，前进速度不同。而红光的速度快于紫光，而导致了在穿过棱镜后红光的偏折（折射）较紫光为小，产生各色的光谱。牛顿把光谱分成7种颜色：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。他依古希腊哲学家的想法，选这7种颜色，并和音符、太阳系的行星、和一周的天数连结。然而人眼对于靛色频率的敏感度其实是相对较差的，加之一些辨色能力正常的人都表示他们无法区分靛色和蓝色、紫色。正因此之故，一些专家如艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov）等都曾建议靛色不应被视为颜色，它只是蓝和紫的浓淡不同的区间而已。哥德声称连续光谱是个复合现象。和牛顿则认为仅限可见光光谱是个单独现象，哥德观察到了更广泛的部分，他发现到了没有光谱的区间，如红黄边界和青蓝边界是白的，原来在边界区会有色光重叠的现象。至此大众接受了光是由光子组合成的（某些时候光有波的特性，其他时间则是粒子的特性，参阅波粒二象性），所有光在真空中是定速光速，而光在其他物质中的速度，都较光在真空中的速度为低，而光在真空中与其他物质中速度的比值就是该物质的折射率。在某些已知的物质（非色散物质）中不同频率的光行进速度并无差别，但其他物质中，不同频率的光有不同的行进速度：玻璃就属于这种物质，所以玻璃棱镜能把白光进行分光。自然界的虹就是个借由折射看到光谱的理想例子。

应用可见光谱成像系统，它包括光源系统、分光系统、图像成像及记录系统、图像分析及处理系统等几个部分，由光学物镜、液晶可调滤光片（LCTF）、CCD照相机、光源和计算机等装置构成，其核心器件是液晶可调滤光片，它的功能类似于一个高质量的带通式干涉滤光镜。随着电控液晶调节方法的采用，解决了通光面内的均匀性、峰值光谱透过率以及带外抑制等问题，体现出精度高、易于实时控制等优点，对光谱成像技术的应用起到了积极的推动作用。

可见光谱成像系统的商业仪器，主要有美国CRI公司的Nuance多光谱成像仪和美国ChemImage公司的Condor高光谱成像系统，该系统光谱工作范围是410nm~720nm，光谱分辨率小于10nm，成像视场约为260mmx250mm，并通过光学元件来增大视场。此外，国内徐晓轩、沈志学等人也设计并研制出了具有结构简单、高空间分辨率和较高光谱分辨率的可见光液晶光谱成像系统1。