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激光原理知识——激光频率与单色性关系

作者: 来源: 日期:2015/9/8 16:14:21

  在可见光范围内,光波的颜色与“频率”有关,一个光源发射的光所包含的波长范围越窄, 它的颜色就越单纯,即光源的单色性越好。单色性常用δλ/λ(或δν/ν)来衡量,其中λ和v分别为辐射波的中心波长和频率,δλ和δν是谱线的宽度。

 

  自然光是由波长范围较宽的光构成的,比如太阳光经棱镜分光后,可以观察到由多种颜色组成的光谱带,如图1- 5所示。激光是由原子受激辐射而产生,因而谱线极窄,如图1—6所示。

 

白光通过棱镜分光

 

  图1 5 白光通过棱镜分光 图1 6 激光与自然光谱线的比较

 

  单色光又叫“光谱线”,理论上来说,单色意味着光波中只含有一个波长。实际上,激光的谱线也不是理想的光谱线,而是在中心波长附近有一定的宽度,即具有有限的谱线宽度δλ,如图1—7所示。

理论与实际的激光带宽

 

  图1—7 理论与实际的激光带宽

 

  在普通光源中,单色性最好的是氪同位素86(kr86)灯发出的波长λ=605. 7nm的光谱线,在低温下,其谱线半宽度δλ=0.47×10-6肛m,单色性程度为δλ/λ=l0-6量级。而单模稳频的氦氖激光器发出的波长λ=632. 8nm的光谱线,其谱线半宽度δλ<10-12μm,输出激光的单色性可达δλ一l0-10~l0-13量级。可以说,激光是世界上发光颜色最单纯的光源。一般来讲,单模稳频气体激光器的单色性最好;固体激光打标机的单色性较差,主要是因为工作物质增益曲线很宽,难以保证单纵模工作;而半导体激光器的单色性最差。

 

  利用激光的高单色性,可以极大地提高各种光学干涉测量方向的精度和测量长度。如果测量长度的精密度要求很高,用米尺、游标卡尺、千分尺等都无法满足要求时,就需要用光波的波长作单位来测量长度,由于光波波长很短,精密测量就很准确。这种“光尺”能够准确测量的最大长度取决于光的单色性,单色性越好,准确测量的最大长度就越大。用激光作为标准的长度、时间和频率标准的稳定性也大大提高。在激光单色性基础上发展起来的“拍频技术”,可以极精密地测定各种移动、转动和振动速度。此外,利用激光的单色性还可对各种物理、化学、生物等过程进行高选择性的光学激发,达到对某些过程进行深入研究和控制的目的。

 

 

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