光物性物理の範囲で、波長の吸収、反射、透過の所で
分光器のブレーズ波長、逆線分散、明るさ(F値)を調べるといった
内容なんです。

どなたか、知っている方が居りましたら教えて下さい。

A 回答 (1件)

線分散(Linear Dispersion)は、波長λの変化に対する分光器の出射スリット位置Xの変化量です。


つまり、dx/dλです。
逆線分散(Reciprocal Linear Dispersion)はその逆です。つまり、
dλ/dxとなります。
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Q光の吸収: あらゆる波長の光を吸収するわけではないのに

こんにちは,光の吸収について勉強しています.

物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

と理解しております.すなわち,物質は何でもかんでも全ての光を吸収するわけではない,ということですね.すると,

1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか.この板の中にはあらゆる波長の光が吸収される程多くの色々な物質が入っているということでしょうか? 

2.青い板があったとして,これは青以外の波長の光を吸収しているということですが,なぜ透けていないのでしょうか? 表の青色は,裏面からの透過光(を含んでいる)とは思えませんが.

3.Siの単結晶板も透明でありませんが,Siのバンドギャップは赤外域の波長(1200nm)に相当するようです.なぜ可視光を透過しないのでしょうか.

光の吸収を勉強していて,当たり前に思えていたことに疑問を覚えました.何か勘違いしているかも知れず,これも危惧しております.どうか,回答お願い申し上げます.宜しくお願いします.

こんにちは,光の吸収について勉強しています.

物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

と理解しております.すなわち,物質は何でもかんでも全ての光を吸収するわけではない,ということですね.すると,

1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか.この板の中にはあらゆる波長の光が吸収される程...続きを読む

Aベストアンサー

よいご質問だと思います。実は深く掘り下げると奥の深い話になってきます。
とりあえずは基本部分のみ説明しましょう。

ご質問では透明ではないという理由をお考えですが、その場合には、単に吸収だけではなく散乱、反射も考えなければなりません。

まずは吸収からいきましょうか。
基本的には、

>物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

その理解でよいです。
ではその吸収する波長幅はどの程度になると思いますか?
幅が0になるでしょうか。実は0にはなりません。
このスペクトルの広がりには大きく分けると均一広がりと不均一広がりがあります。均一広がりの代表的なものは、励起準位の寿命です。
寿命が短いと幅は広くなります。(これは有限時間の波では単一周波数にはなりえないからでフーリエ変換すればわかります)
言い換えると励起準位自身が幅を持っているということを意味します。

次に不均一広がりですが、一つはドップラーシフトです。分子・原子毎にこのシフトがランダムにおきますので、全体として広がりを持ちます。特に気体では顕著ですが固体も格子振動していますので生じています。もう一つは原子・分子が周囲の原子・分子の影響を受けて共鳴する励起準位にずれが生じます。これも一つの原子・分子では広がりは見えませんが、集合体としては広がりを持ちます。

上記に書いた均一広がりや不均一広がりの原因はあくまで代表例であり、このほかにも色々あります。

さて、次にでは物質にはどの位の共鳴する励起準位があるのでしょうか?
構造が単純な原子でも実はかなりの数があります。それが分子となり、さらには分子の集団となるとき、その数は非常に多くなってきます。

つまり、整理すると、一つ一つの励起準位を取り上げても広がりがあり、それが更に沢山存在するわけですから、それらは重なり合い全体に吸収する部分が容易に生じるわけです。

そのため普段見かける物質の大半は幅広い範囲で吸収を示し、まったく吸収を示さない波長はほとんどありません。もちろん吸収の程度にはかなり差がありますが。

さて、吸収の次は散乱です。
一番わかりやすいのは磨りガラスです。ガラスは本来透明ですが、沢山の傷により光は色んな方向に散乱します。当然光源側に戻る成分もあり、透過率は100%では無くなります。また透過した光も散乱されているため、透明ではなく濁っています。

散乱の物理的原理を説明し出すと大変なので詳細は省略しますけど、基本的には原子・分子で一度光が吸収されてまた光として再放出される時に環境がランダムなので、方向もランダムになるという現象です。(環境が均一ならば入射光と同じ方向に進む光になり、これは透明体と同じです)

最後には反射です。
ガラスでも水面でもそうですが、斜めから光を入れると反射が強くなります。
つまり透過光量は少なくなります。
極端なのは金属反射です。実は金属のような導電体では光の電場を打ち消すように自由に動ける電子がいるため、この電子により電場か打ち消され、進入できません。その場合、その光のほとんどが反射してしまうわけです。(わずかには吸収されますので、それが金属毎に微妙に違う光沢の色になります)
つまり金属はそもそも電場を打ち消されて進入できないので、光を通さないわけです。


さて、これで吸収、散乱、反射の三現象がわかりました。


>1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか

まず、木で考えると、木を非常に薄くすることを考えてみます。カンナくずはその代表例です。すると光が散乱されるけど透過することがわかります。
これにより、まず強い吸収があることがわかります。
また散乱もあることがわかります。

反射は?
たとえば木の表面をカンナがけしてきれいな面にすると、正反射の位置で太陽光を反射させてみると表面が輝き光が反射しているのがわかります。つまり反射もあるわけです。でも木が見えるということは、単に反射のためだけではなく散乱もあるということに気がつくでしょう。でないと木が見えません。

プラスチック板でもなんでもやはり同じですね。


>2.青い板があったとして,これは青以外の波長の光を吸収しているということですが,なぜ透けていないのでしょうか?

こちらももうわかると思います。
青い板が見えるのは基本的には散乱によります。
ただ青く見えるのは何故でしょうか。それは青以外の波長は散乱より吸収が強いからということに他なりません。散乱時点でも吸収が強い波長の場合には散乱するより吸収が強くなるわけですね。

たとえばプラスチックの青い板をうんと薄くするとどうなるでしょうか。青いセロハンになるわけです。青い光は吸収が少ないけど他の色の吸収は強いわけです。

ただ青いといっても、青の光をまったく吸収しないわけではありませんから、厚みをますと結局光は透過して見えることはなくなります。


>3.Siの単結晶板も透明でありませんが,Siのバンドギャップは赤外域の波長(1200nm)に相当するようです.なぜ可視光を透過しないのでしょうか.

バンドギャップより長波長はエネルギーが低いので透過しますね。
で、半導体の場合には単純に一つの準位ではありません。いくつもの吸収する準位があります。そのためそれら準位の重ね合わせとして幅広く吸収が生じています。
つまりバンドギャップEgより短波長では吸収領域が幅広く存在しているわけです。

もう一ついうと、光により励起された電子は価電子帯にいるわけですから、その構造はかなり金属と似ています。そのため見かけは金属と似た感じの金属反射のような感じに見えるわけです。

よいご質問だと思います。実は深く掘り下げると奥の深い話になってきます。
とりあえずは基本部分のみ説明しましょう。

ご質問では透明ではないという理由をお考えですが、その場合には、単に吸収だけではなく散乱、反射も考えなければなりません。

まずは吸収からいきましょうか。
基本的には、

>物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

その理解でよいです。
ではその吸...続きを読む

Q透過光、反射光どちらかだけを反射する物質は存在するのでしょうか

例えばパソコンなどのディスプレイから発せられた透過光のみを全反射させる物質などは存在するのでしょうか?
また反射光のみを全反射させることは物質は存在しますか?

簡単に説明しますとスマートフォンやパソコンのディスプレイを視覚的に見た場合、脳は透過光と認識していると思うのですが、スマートフォンやパソコンのディスプレイを見ながらも視覚的に、または脳に反射光と認識させることは技術的に可能なのでしょうか?

Aベストアンサー

>スマートフォンやパソコンのディスプレイを視覚的に見た場合、脳は透過光と認識していると思うのですが

 いや、視覚的には透過光と反射光の区別はつかないと思います。経験的に「液晶画像」と判定してるだけでしょう。

 明るい場所で液晶を見ると、液晶の映像と反射映像(自分の顔や風景)の両方が見えますが、これは物理的に「透過光」と「反射光」を区別しているのではなく、映像内容から経験的に「液晶画像」と「反射映像」を区別しているに過ぎません。
 光速度の測定などに使われる「ハーフミラー」も、透過光と反射光との「干渉」を利用しているので、物理的に「透過光」と「反射光」は同等の性質を持っているはずです。
 昼間の光だって、元をただせば太陽光が「大気を透過」して、物質に当たって「反射」したものを見ているわけですから。

 つまり、物理的には「透過光」と「反射光」を区別することはできないので、これらを選択的に全反射させるということは原理的に不可能だと思います。

Q拡散反射分光スペクトルの補正

近赤や中赤外分光で散乱体のスペクトル測定に用いられる拡散反射分光法は、物質の吸収だけでなく散乱スペクトルにも依存します。純粋な吸収スペクトルまたは近似的な吸収スペクトルを得る方法あるのでしょうか?

Aベストアンサー

MSCとは,スペクトルに付随する乗算的散乱因子及び加算的散乱因子を最小二乗法により推定して,この推定値から仮想的なスペクトルを算出するという方法です。
この手法は,試料の粒度が異なり,これを補正する場合に効果があります。(実際にこの手法の恩恵を受けたことがあります。)

スペクトルは数式で様々に表すことができますが,ここでは,

Y = k×log(1/R)+bias

Y:スペクトルの値(としておきましょう)
k:回帰式の傾き(スキュー)
log(1/R):吸光度(としておきましょう)
bias:回帰式のy切片

と表すことができます。
ここに,乗算的散乱因子(a)及び加算的散乱因子(b)が加わると,上の式は

Y = a×(k×log(1/R))+b+bias

となります。
すなわち,乗算的散乱因子は,kとlog(1/R)を乗じた値に更に乗ぜられ,かつ,加算的散乱因子は,余計なものとして右辺に加算されてしまいます。乗算的散乱因子及び加算的散乱因子は,どちらも余計なものなので,ない方が良い訳です。

この2つの値を最小二乗法により推定し,推定値を変換式に代入(スペクトル値も代入します)することにより,仮想的なスペクトルを算出します。

なかなか,式でニュアンスをお伝えすることができませんので,本説明で理解度がイマイチであれば,下に示した「近赤外分光法入門」という本をご一読ください。(←別に宣伝する訳ではありませんが,近赤外分光法について分かり易く記述されているものですから,ついついこの本を紹介してしまいます。)恐らく問題解決になると思います。

ちなみに,MSCはMultiplicative Scatter Correctionが正解でした。
また,unscramblerについて調べたいのであれば,下のURLをクリックしてお調べ下さい。

参考URL:http://www.camo.no/

MSCとは,スペクトルに付随する乗算的散乱因子及び加算的散乱因子を最小二乗法により推定して,この推定値から仮想的なスペクトルを算出するという方法です。
この手法は,試料の粒度が異なり,これを補正する場合に効果があります。(実際にこの手法の恩恵を受けたことがあります。)

スペクトルは数式で様々に表すことができますが,ここでは,

Y = k×log(1/R)+bias

Y:スペクトルの値(としておきましょう)
k:回帰式の傾き(スキュー)
log(1/R):吸光度(としておきましょう)
bias:回帰式のy...続きを読む

Q分光光度計で測れるものは吸収係数ですか、それとも消散係数ですか?

分光光度計を使って,海水の消散係数(=吸収係数+散乱係数)を測りたいと思っているのですが、マニュアルなどによると、分光光度計で測れるのは、吸収係数(吸光係数)となっています。

ところで、分光光度計による吸収係数の測定原理は、媒質に光を照射して、光の透過度を測るというものです。透過しなかった光には、媒質に吸収された分だけでなく,散乱を受けた分もあると考えられるので,分光光度計で測れる「吸収係数」は,実は海洋分野の用語では「消散係数」に相当するのではないのかと思っています。

上記の解釈が正しい場合、分光光度計で海水の消散係数が測れることになりますが、このような解釈は正しいでしょうか?

光学に詳しい方がいらっしゃいましたら、教えて頂けると幸いです。

よろしくお願い申し上げます。

Aベストアンサー

> 散乱光がどの程度受光量に影響するかが異なると考えてよろしいでしょうか?

粒度分布が違えば当然結果も異なってくるので、申し訳ありませんが正直定量的にどの
くらいかは想像も付きません。色んな粒度分布の標準試料があって(オーソライズされた
ものは無いかも?)、それをある程度多くの機種で巡回測定してみないことには、何とも・・・

下記URLにも、「測定された光は、光の波長、分散固形物の粒子形状、粒径、その他の
影響を受けます。そのため、濁度測定においては、物質、測定方式間の比較は出来ない
ばかりでなく、同じ会社の製品でも機種が異なれば、測定結果の比較は出来ません。」
とあります。

http://www.ohg.jimusho.jp/7187.html?*session*id*key*=*session*id*val*

もちろん、測定対象物の組成や粒度分布が一定していて、その濃度を順次変えた試料が
準備可能であって、絶対散乱量ではなく「濃度換算」ができれば良い、と言う場合には、
各濃度試料から検量線を作成して分析に使えばそれなりの精度で濁度分析を行うことが
できると思います。このような分析は生化学などで一般的に用いられています。粒度分布
が一定しないと、やはり誤差は大きくなります。

http://www.baiyou.jp/doc_files/page/knowledge/0006.html

参考URL:http://www.ohg.jimusho.jp/7187.html?*session*id*key*=*session*id*val*

> 散乱光がどの程度受光量に影響するかが異なると考えてよろしいでしょうか?

粒度分布が違えば当然結果も異なってくるので、申し訳ありませんが正直定量的にどの
くらいかは想像も付きません。色んな粒度分布の標準試料があって(オーソライズされた
ものは無いかも?)、それをある程度多くの機種で巡回測定してみないことには、何とも・・・

下記URLにも、「測定された光は、光の波長、分散固形物の粒子形状、粒径、その他の
影響を受けます。そのため、濁度測定においては、物質、測定方式間の比較は出...続きを読む

Q反射率と波長について

SiO2膜に192[nm]~1100[nm]の波長の光をあて反射率を測定しました。
すると波長が大きいなるにしたがって全体的に反射率は減少しながら振動する傾向が見られましたなぜこうなるのでしょう。
波長が大きいほど屈折率が大きいのがなにか関係あるのでしょうか?
どうぞよろしくお願いします。

Aベストアンサー

> 今回はSiO2膜の下地はSiです。

じゃ、基本的に反射スペクトルの形は、

   http://www.angstec.com/sr.html#4

ですね。

> 全体的に反射率は減少しながら振動する傾向

おっしゃっているのが、反射率ピーク(極大)を連ねた包絡線のことだとすると、
屈折率がSiO2<SiでかつSiO2に吸収はないので、反射率ピークにおける反射率は
その波長でのSiのみの対空気の表面反射率そのものです。Siの屈折率は約360nm
以上では波長が長くなるほど小さくなります。そのため、このSiO2/Siの反射スペクトル
は「波長が長くなると共に減少しながら振動する」という形になります。

逆に「反射スペクトルの谷(Valley:極小)」を連ねた包絡線の変化をおっしゃっている
のだとすれば、こちらはAir/SiO2の屈折率比とSiO2/Siの屈折率比の大小関係に
よって決まります。SiO2は全体に波長変化が小さいのに対して、Siは長波長で屈折率
が小さくなっていくので、反射スぺクトルの山-谷の切れ込みは長波長ほど深くなって
いき、そのため谷の反射率もだんだん低くなっていきます。

これで回答になっていますでしょうか?

> 今回はSiO2膜の下地はSiです。

じゃ、基本的に反射スペクトルの形は、

   http://www.angstec.com/sr.html#4

ですね。

> 全体的に反射率は減少しながら振動する傾向

おっしゃっているのが、反射率ピーク(極大)を連ねた包絡線のことだとすると、
屈折率がSiO2<SiでかつSiO2に吸収はないので、反射率ピークにおける反射率は
その波長でのSiのみの対空気の表面反射率そのものです。Siの屈折率は約360nm
以上では波長が長くなるほど小さくなります。そのため、このSiO2/Siの反射スペクトル
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