光波长的标准、性质与测量
2016年05月15日
光波长标准是国际计量局米定义咨询委员会(CCDM)于1982年推荐了几条激光谱线的波长作为波长标准,如:甲烷稳定氦氖激光器在真空中的波长339pm、碘稳定氦氖激光器在真空中的波长633pm等。
国际计量局依据几条激光谱线的波长制定的标准。利用高分辨率的干涉仪与已定的波长标准相比对,可以实现光波长的精密测量。
光波概述
光具有波粒二象性(是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质):也就是说从微观来看,由光子组成,具有粒子性;从宏观来看又表现出波动性。
光的本质是电磁波,颜色跟波长和频率有关,可见光中紫光频率最大,波长最短,红光则刚好相反
像红外线,紫外线,伦琴射线等都属于不可见光
红外线频率比红光低,波长更长
紫外线,伦琴射线等频率比紫光高,波长更短
光波:是一种电磁波。
光通信:利用光作为载频的通信方式。
光纤通信:就是利用光波作为载频和光纤作为传输媒质的一种通信方式。它工作在近红外区,即波长是0.8μm(微米)---1.8μm,对应的频率为167THz---375THz。在光纤通信中起主导作用的是激光器(光源、光电检测器)和光纤。
光的传播形态分类:根据传播方向上有无电场分量或磁场分量,可分为如下三类,任何光都可以这三种波的合成形式表示出来。
TEM波:在传播方向上没有电场和磁场分量,称为横电磁波。
TE波:在传播方向上有磁场分量但无电场分量,称为横电波。
TM波:在传播方向上有电场分量而无磁场分量,称为横磁波。
波动方程的简谐波形式的特解依据其振幅随空间位置的变化分为平面波,球面波和柱面波。
光波长的测量
波长(wave length)是指波在一个振动周期内传播的距离。也就是沿着波的传播方向,相邻两个振动位相相同的点之间的距离。波长λ等于波速V和周期T的乘积,即λ=VT。
光波的波长即为光波长。
精密测量光波长目前主要是通过高分辨率的干涉仪与已定的波长标准相比对来实现的,常用的干涉仪有麦克尔逊(Michelson)干涉仪和法布里一珀罗(Fab-ry-Perot)干涉仪等。用干涉仪测量波长时,在同一光程差下,激光波长与其干涉级次变化速率(如麦克尔逊干涉仪)或干涉级次(如法布里一珀罗干涉仪)成反比,因此可以通过确定干涉级次或干涉级次变化量求出波长比。
光波长精密测量系统的原理如图所示。图中Lo为光波长标准,Lx为被测波长激光器,两激光束经准直重合装置,使光轴重合射入干涉仪内,其输出产生两组独立的干涉信号,通过干涉信号测量装置对干涉信号的处理,得出干涉级次或干涉级次变化量信号,求出两激光器的波长比,再根据波长标准的波长值进而求出被测激光器的波长。
国际上已将光速定为常数,因此光波长也可以通过测量光频,再由公式λ=c/f导出。式中λ为光波长;f为光频;c为光速。