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光线的艺术,光谱的技术

  2020年9月3日,北京上空出现了罕见的双彩虹,这种与众不同的彩虹更是被一批网友视为好运的象征,不同角度的双彩虹照片也得此才朋友圈、微博等社交平台传播开。
  当然,有浪漫主义的网友自然也有客观分析的学者,面对“双彩虹是怎样形成的”这类问题,气象局的专家们也一一作出了解答。从“双彩虹实际上是霓和虹”“霓和虹之间的差别”“彩虹为什么是拱形的”等角度对双彩虹进行了介绍,让不少读者受益匪浅。
  事实上,当小编了解到彩虹从天空中看是完整圆环形时,就不仅感叹,彩虹本就就是大自然表演的一场光线的艺术,但是从仪器人的角度看,彩虹背后的原理同样也是光谱背后那神奇的技术。
  红光波长短,水珠中折射率小;紫光波长长,水珠中折射率大——不同颜色的光拥有不同的波长,不同波长的光折射率又不同,光通过折射产生了色散便是彩虹。这是彩虹的形成原理,而这同样也是光谱的基本原理。
  事实上彩虹也是一种光谱而彩虹形成的过程其实就是水滴将成分复杂的太阳光分解的过程。而光谱则是人类掌握分解的规律并加以利用的产物。简单的说,光谱仪中的三棱镜就像是空气中的雨滴,而当成分复杂的光照射到三棱镜中并发生折射时,由于其中不同波长的色光折射率不同,入射光被三棱镜均匀的分解折射到感光片上,形成了特定的彩色光带,而这个彩色光带便是色谱。通过对比色谱,便可以分析出入射光的色光组成从而间接分析出样品中的物质组成。
  值得一提的是,这是因为这种检测原理,因此光谱仪的基本特征参数包含光谱范围、色散率、带宽和分辨本领等,而涉及到这些原理的相关技术也会影响光谱仪的准确性与分辨本领。如今常见的傅里叶红外光谱仪、近红外光谱仪等也是由于这个原因以及相关技术的发展而逐渐诞生的。
  而作为一款仪器来说,光谱仪的神奇之处不仅仅在于其解析光线这种神奇的技术,更在于其在众多领域都有重要的实用价值。
  例如考古学。光谱对于考古学来说,不仅仅是分析文物年代的重要工具,同时也是助力文物复原修复工作的好帮手。由于时间过去了很久,许多文物从肉眼是无法判断其组成的物质以及工艺的。但是光谱就不一样,借助光谱,相关学者可以很轻松地了解到文物当时制作时用的是什么物质,上色的颜料是怎么调制出来的。之后通过得到的这些信息,相关工作人员也可以更好地进行复原工作。
  在比如目前大热的垃圾分类。相较于传统的分拣设备,高光谱成像技术很好地解决了检测时间长、分类效率低、无法快速分拣的现有难题,对于垃圾分类的系统化、机械化和智能化提供了巨大的帮助。
  彩虹和光谱之间的联系,恰恰说明了技术源于生活,同时也告诉了我们,一项伟大的技术其原理可能在我们身边随处可见。
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