Gemmologia - Generalità di ottica

La luce e la lunghezza d’onda

Nella figura è schematizzata l’estensione completa dello spettro elettromagnetico.
Al centro dello spettro visibile si trovano le vibrazioni elettromagnetiche chiamate onde luminose.
L’occhio umano, all’interno dello spettro elettromagnetico, risponde ad una limitata quantità di lunghezze d’onda: da 750nm – zona del rosso – a 350nm – zona del violetto.
L'ottica è quella parte della Fisica che studia la luce e meglio le radiazioni luminose e i fenomeni a cui esse danno luogo. Le radiazioni emesse da sorgenti di luce, come ad esempio il sole o una lampadina accesa, si propagano nel vuoto e nella materia giungendo al nostro occhio dopo un certo periodo di tempo.
L’esperienza comune mostra che, in un mezzo omogeneo e isotropo, la luce si propaga in ogni direzione e in linea retta con una velocità di propagazione definita.
Ad esempio, la luce solare si propaga nel vuoto ad una velocità di 299.000 k.m/sec, ed in un diamante ad una velocità di 124.000 km/sec.
La luce è costituita da onde elettromagnetiche che vibrano, nel vuoto e nella materia, su piani variamente orientati.
Da questa analisi ne risulta una natura ondulatoria della luce e quindi tutti i fenomeni ottici vanno interpretati in termini di propagazione di onde.

Le onde luminose vengono definite da grandezze quali la frequenza ν (ni, 13a lettera dell'alfabeto greco), ovvero il numero di vibrazioni di un’onda al secondo; il periodo T che corrisponde al tempo impiegato a compiere una vibrazione completa; la lunghezza d’onda λ (lambda 11a lettera dell’alfabeto greco), ovvero la distanza percorsa dall’onda in un periodo o meglio la distanza tra due masimi e due minimi dell’onda. La lunghezza d"onda viene espressa in Angstrom (1Å = 10-8 cm) oppure in nanometri (nm = 10-7 cm).
Onde luminose con una diversa lunghezza d'onda vengono percepite dall'occhio umano come luci di diverso colore. Se, per esempio. facciamo passare un raggio di luce solare a bianca attraverso un prisma di vetro, incolore e trasparente, e dalla parte opposta poniamo uno schermo, si potrà osservare su quest’ultimo una continuità di diversi colori, quali rosso, arancio, giallo, verde, blu, indaco e violetto.

Il fenomeno che genera questa diversità di colori di chiama dispersione della luce; a questa striscia luminosa, variamente colorata, nel 1166 Newton diede il nome di spettro del visibile.

Luce monocromatica

Ad ogni colore dello spettro corrisponde una lunghezza d'onda definita; lo spettro del visibile è compreso tra 700 nanometri (colore rosso) e 400 nanometri (colore viola).
Una luce, costituita da una sola lunghezza d'onda viene detta luce monocromatica ne consegue che la luce solare è una luce policromatíca che può venir scissa nelle sue componenti monocromatiche. Luci monocromatiche si possono ottenere tramite filtri colorati.In gemmologia vengono utilizzati filtri di colore giallo, rosso e blu per determinate osservazioni strumentali.

Luce polarizzata

Dato che la luce vibra su piani perpendicolari, rispetto alla direzione di propagazione per mezzo di filtri é possibile ottenere anche luce polarizzata, il cui raggio vibra su un unico piano che contiene la direzione di propagazione; tale piano rappresenta la direzione di vibrazione consentita. Esistono diverso tipi di dispositivi polarizzanti ma il più comune è un filtro detto commercialmente polaroid che viene usato in numerosi strumenti gemmologici, quali il polariscopio, il rifrattometro e il microscopio.