A luz que entra num espectroscópio transporta informação espectral. A informação é descodificada através da divisão da luz nos seus componentes espectrais. Na sua forma mais simples, um espectroscópio é um instrumento de visualização constituído por uma fenda, um colimador, um elemento dispersor e um objectivo de focalização (ver Figura 1). A luz passa através da fenda e entra no colimador. Um colimador é um tipo especial de lente que “endireita” a luz que entra em vários ângulos de modo a que toda a luz viaje na mesma direcção. A frente de onda é convertida numa frente de onda plana; se se quiser pensar na luz como raios, todos os raios de luz são feitos para viajar em paralelo.
P>Próximo, a luz entra no elemento dispersor. Um elemento dispersor espalha luz de vários comprimentos de onda em cores discretas. Um prisma é um exemplo de um elemento dispersor. A luz branca que entra no prisma é separada para fora nas cores do espectro. Outro tipo de elemento dispersor é uma grelha de difracção. Uma grelha de difracção redirecciona a luz num ângulo ligeiramente diferente, dependendo do comprimento de onda da luz. As grelhas de difracção podem ser grelhas de reflexão ou grelhas de transmissão. Uma grelha é feita de uma série de linhas finas, estreitamente espaçadas. A luz incidente na grelha é reflectida num ângulo que varia em função do comprimento de onda. Assim, a luz branca será dividida nas cores espectrais, e cada cor aparecerá numa posição discretamente espaçada. Uma grelha de transmissão funciona semelhante a uma grelha de reflexão, excepto que a luz viaja através dela e é refractada ou dobrada em ângulos diferentes, dependendo do comprimento de onda. A objectiva de focalização é apenas um sistema de lentes, como o de um telescópio, que amplia o espectro e o focaliza para visualização a olho.
Um espectroscópio dá informações úteis, mas é apenas temporário. Para capturar dados espectroscópicos de forma permanente, o espectrógrafo foi desenvolvido. Um espectrógrafo funciona com base nos mesmos princípios que um espectroscópio, mas contém alguns meios para captar permanentemente uma imagem do espectro. Os primeiros espectrógrafos continham câmaras fotográficas que captavam as imagens em filme. Os espectrógrafos modernos contêm câmaras sofisticadas com dispositivo de carga acoplada (CCD) que convertem um sinal óptico num sinal eléctrico; captam a imagem e transferem-na para vídeo ou computador para análise posterior.
Um instrumento espectroscópico hoje em dia com grande procura é o espectrómetro. Um espectrómetro pode fornecer informação sobre a quantidade de radiação que uma fonte emite a um determinado comprimento de onda. É semelhante ao espectroscópio descrito acima, excepto que tem a capacidade adicional de determinar a quantidade de luz detectada a um determinado comprimento de onda.
Existem três tipos básicos de espectrómetros: monocromadores, monocromadores de varrimento, e policromadores. Um monocromador selecciona apenas um comprimento de onda da luz da fonte, enquanto que um monocromador de varrimento é um monocromador motorizado que varre toda uma região de comprimento de onda. Um policromador selecciona vários comprimentos de onda da fonte.
Um espectrofotómetro é um instrumento para registar espectros de absorção. Contém uma fonte de luz radiante, um suporte de amostras, um elemento dispersivo, e um detector. Uma amostra pode ser colocada no suporte em frente da fonte, e a luz resultante é dispersa e capturada por uma câmara fotográfica, uma matriz CCD, ou algum outro detector.
Uma classe importante de espectrómetro é chamada espectrómetro de imagem. Estes são instrumentos de detecção remota capazes de adquirir imagens da superfície terrestre a partir de uma aeronave ou de um satélite em órbita. Dados quantitativos sobre a intensidade radiante ou reflectividade da cena podem ser calculados, produzindo informação de diagnóstico importante sobre essa região. Por exemplo, uma série de importantes minerais formadores de rochas têm características de absorção na região espectral infravermelha. Quando a luz solar atinge estas rochas e é reflectida para trás, os comprimentos de onda característicos da luz são absorvidos para cada tipo de rocha. Um espectrómetro de imagem tira uma imagem de uma pequena região de rochas, divide a luz da imagem em diferentes comprimentos de onda, e mede a quantidade de luz reflectida detectada em cada comprimento de onda. Ao determinar que quantidades e comprimentos de onda de luz são absorvidas pela região que está a ser imageada, os cientistas podem determinar a composição das rochas. Com técnicas semelhantes, os espectrómetros de imagem podem ser utilizados para mapear a vegetação, rastrear os danos causados pela chuva ácida nas florestas, e rastrear os poluentes e efluentes nas águas costeiras.
Uma outra classe de espectrómetro altamente útil para a indústria laser é o analisador de espectro. Embora os lasers sejam nominalmente fontes monocromáticas, existem na realidade ligeiras variações nos comprimentos de onda da luz emitida. Os analisadores de espectro fornecem informação detalhada sobre o comprimento de onda e a qualidade da saída do laser, informação crítica para muitas aplicações científicas.