モノクロメーター

モノクロメーター：光の波長を選択する精密機器

モノクロメーター、または単色計は、光源から発せられた多様な波長の光の中から、特定の波長のみを選択的に取り出すための装置です。まるで虹から特定の色だけを選び出すような精密な仕組みを持っています。この技術は、物質の分析や性質の解明に欠かせない重要な役割を果たしています。

仕組み

モノクロメーターは、光を分散させ、特定の波長を取り出すという基本的な原理に基づいて動作します。まず、光源からの光は入口スリットを通過します。このスリットは、光の経路を制御し、不要な光を遮断する役割を果たしています。次に、コリメーター鏡によって平行光線に変換され、回折格子やプリズムなどの分散素子へと導かれます。

分散素子では、光の波長によって屈折率や回折角が異なるため、入射した光は様々な波長に分解されます。この分散された光は、次に集光鏡によって集められ、出口スリットへと導かれます。出口スリットは、必要な波長の光のみを通過させ、不要な光を遮断します。こうして、特定の波長を持った単色光を取り出すことができます。

様々なタイプ

モノクロメーターには、分散素子や光学系の構成が異なる様々なタイプが存在します。代表的な構造としては、以下のものがあります。

リトロー型: シンプルな構造で、コンパクトに設計できます。コストパフォーマンスに優れ、汎用的に使用されています。
ツェルニ・ターナー型: リトロー型に比べて、非点収差が少なく、高い分解能が得られます。高精度な測定が必要な用途に適しています。
エバート型、エバート・ファスティ型: コンパクトで、高い透過率が特徴です。特に紫外域から近赤外域までの広い波長範囲で使用されます。
瀬谷・波岡型: 独自の光学系により、高い効率と分解能を両立しています。
モンク・ギリーソン型: コンパクトで、特に真空紫外域での使用に適しています。
イーグル型: 大きな分散素子を使用できるため、高分解能が得られます。大型の装置となることが多いです。

これらの様々なタイプは、それぞれ特徴的な性能を持つため、測定目的や波長範囲、必要な分解能などに応じて最適なものが選択されます。

応用

モノクロメーターは、分析化学、分光学、物理学など、幅広い分野で利用されています。例えば、物質の吸収スペクトルや発光スペクトルを測定することで、物質の組成や構造を分析することができます。また、レーザー光源の高純度化や、特定波長の光を必要とする実験などにも使用されています。

ポリクロメーターとの違い

モノクロメーターと対照的な装置にポリクロメーターがあります。ポリクロメーターは、複数の波長の光を同時に検出する装置です。モノクロメーターが特定の波長だけを選択的に取り出すのに対し、ポリクロメーターは、一度に複数の波長情報を取得できる点が大きな違いです。それぞれの装置は、用途や目的に応じて使い分けられています。

もう一度検索