基本介紹
- 中文名：光頻標準
- 釋義：光頻段或紅外頻段的頻率標準
- 出現時間：20世紀30年代
- 套用技術：腔內飽和吸收技術
光頻標準,
光頻標準
40年代出現了原子（分子）頻標。這種頻標利用原子或分子的量子躍遷頻率作為基準，工作在微波頻段，頻率穩定度和準確度都大為提高(見量子頻率標準)。60年代，雷射器問世後，人們把這種原理套用於紅外和可見光頻段，製成光頻標。光的頻率比微波頻率高几萬倍，因此，光頻標的相對穩定度和準確度都相應提高。
光頻標通常利用腔內飽和吸收技術。以工作在 633納米的碘穩定氦氖雷射器為例，其原理如圖。雷射腔內放置一碘蒸汽吸收室。由於碘在 633納米附近有豐富的吸收譜線，根據飽和吸收原理，在雷射輸出功率的調諧曲線上會出現許多窄共振峰。通過電子控制迴路，可以把雷射頻率鎖定在某一共振峰的中心頻率上。控制元件是固定在腔反射鏡後的壓電晶體。當雷射頻率偏離共振峰中心時便產生誤差信號，這一信號經處理後用於控制腔長，使頻率鎖定到峰的中心位置上。這樣製成的光頻標，頻率穩定度和復現性都在10-11量級。此後，又發展了腔外吸收穩頻技術，使光頻標的頻率穩定度和復現性進一步提高，可達10-13量級。 由於光的頻率很高,過去難以直接測量,通常用干涉方法測量光頻標譜線的波長，並用波長的倍數作為長度基準。60年代末出現的光頻測量技術，能準確地直接測量光頻標的頻率。為此，必須建立一條從微波頻標（銫原子頻標）到光頻標的頻率測量鏈。鏈中包括一系列不同振盪頻率的雷射器,如遠紅外雷射器、CO2雷射器、色心雷射器和氦氖雷射器等。利用倍頻、混頻和鎖相技術，把微波頻標的頻率與這些雷射器的頻率互鎖起來，利用銫原子頻標測量光頻標的頻率。已有幾個國家建立了這條鏈，測量光頻的準確度已達10-10～10-11。對可見光和雷射的絕對頻率測量。絕對頻率測量是指直接以銫原子基準頻率為依據的頻率測量。
光頻標通常利用腔內飽和吸收技術。以工作在 633納米的碘穩定氦氖雷射器為例，其原理如圖。雷射腔內放置一碘蒸汽吸收室。由於碘在 633納米附近有豐富的吸收譜線，根據飽和吸收原理，在雷射輸出功率的調諧曲線上會出現許多窄共振峰。通過電子控制迴路，可以把雷射頻率鎖定在某一共振峰的中心頻率上。控制元件是固定在腔反射鏡後的壓電晶體。當雷射頻率偏離共振峰中心時便產生誤差信號，這一信號經處理後用於控制腔長，使頻率鎖定到峰的中心位置上。這樣製成的光頻標，頻率穩定度和復現性都在10-11量級。此後，又發展了腔外吸收穩頻技術，使光頻標的頻率穩定度和復現性進一步提高，可達10-13量級。 由於光的頻率很高,過去難以直接測量,通常用干涉方法測量光頻標譜線的波長，並用波長的倍數作為長度基準。60年代末出現的光頻測量技術，能準確地直接測量光頻標的頻率。為此，必須建立一條從微波頻標（銫原子頻標）到光頻標的頻率測量鏈。鏈中包括一系列不同振盪頻率的雷射器,如遠紅外雷射器、CO2雷射器、色心雷射器和氦氖雷射器等。利用倍頻、混頻和鎖相技術，把微波頻標的頻率與這些雷射器的頻率互鎖起來，利用銫原子頻標測量光頻標的頻率。已有幾個國家建立了這條鏈，測量光頻的準確度已達10-10～10-11。對可見光和雷射的絕對頻率測量。絕對頻率測量是指直接以銫原子基準頻率為依據的頻率測量。
由於光波的頻率f、波長λ與真空中光速c之間的關係為fλ=c，既然光的頻率可以準確測量，在規定c值後就可導出準確的波長值來。1983年10月，第17屆國際計量大會通過了新的米的定義：“米是光在真空中在1/299792458秒的時間間隔內行程的長度。”同時,推薦了五條穩定雷射譜線作為復現米的標準譜線（見表）。由於定義的開放性，以後還可補充其他新的譜線。同時，氪86、鎘114和汞198的光譜線波長標準值仍可使用，但精度為10-8量級。 光頻標可作為光頻段的頻率或波長標準，對於各種精密的光學測量和計量具有重要意義，在其他精密測量中也得到廣泛套用。
圍繞光頻標的研製和套用，人們正在進行大量的研究工作：①研究輻射場與原子、分子的細緻的相互作用，如光子反衝效應、相對論效應等；②利用高穩定雷射進行光速恆定性的研究,驗證相對論實驗和探測引力波;③研究某些原子、分子的超高解析度光譜。
參考書目
萊托克霍夫等著，沈乃澂譯：《非線性雷射分光鏡》，科學出版社，北京，1984。(V. S. Letokhov, V. P.Chebotayev,Nonlinear Laser Spectroscopy,Springer-Verlag, Berlin,Heidelberg,1977.)
圍繞光頻標的研製和套用，人們正在進行大量的研究工作：①研究輻射場與原子、分子的細緻的相互作用，如光子反衝效應、相對論效應等；②利用高穩定雷射進行光速恆定性的研究,驗證相對論實驗和探測引力波;③研究某些原子、分子的超高解析度光譜。
參考書目
萊托克霍夫等著，沈乃澂譯：《非線性雷射分光鏡》，科學出版社，北京，1984。(V. S. Letokhov, V. P.Chebotayev,Nonlinear Laser Spectroscopy,Springer-Verlag, Berlin,Heidelberg,1977.)
