光学波长标准-飞秒光梳频率列-铯原子微波频率基准-光钟
从光学波长到微波频率基准:
光学波长标准 - 飞秒光梳频率列 - 铯原子微波频率基准 - 光钟
中国计量科学研究院(NIM) 量子处
李天初, 方占军
电话: (10) 6429 5811, e-mail: litch@https://www.360docs.net/doc/828229324.html,
摘要: 迄今, 光学波长依赖于传统的光学谐波波长链溯源到铯钟微波频率基准。本文简略介绍中国计量院量子处保存和在研的激光波长标准, 报导我们研制新一代NIM4＃"激光冷却-原子喷泉"微波频率基准铯钟和"飞秒脉冲激光-光学梳状频率"的原理和进展。冷原子喷泉钟将使我国频率基准不确定度进入10-15。飞秒梳状频率使光学波长和微波频率直接准确地联系起来。上述两项课题将改变我国光学波长标准和溯源系统的基本格局, 使得光学波长计量发展到一个新水平。同时, "飞秒梳状频率"与"原子/离子存储光学频率标准"的结合, 将推动"光钟"的发展.
关键词:冷原子喷泉钟; 飞秒光梳; 微波频率基准; 光学波长标准.
1, 稳频激光光学波长标准 －实际复现米定义
1983年, 国际计量大会(CGPM)颁布了新的米定义，将长度单位米定义为光波在一定时间间隔传播的真空距离[1], 并陆续推荐了十二条光辐射波长, 作为光学波长标准[2]。
在CGPM推荐的标准波长中, 利用饱和吸收技术将He-Ne激光频率锁定到127I2的115-5, R(127) 跃迁a i峰的633nm波长[3], 由于其结构简单、使用广泛、准确可靠而成为最常用、最常规的光学波长标准。
中国计量院(NIM)自70年代就开始了激光稳频的研究。目前NIM保存着碘稳频633nm He-Ne激光波长标准, 不确定度为5x10－11(2σ)。我们正在改造更新He-Ne激光543nm 波长标准, 开展碘稳频Nd:YAG激光倍频532nm波长和乙炔稳频半导体激光1542nm 波长标准的研究。通过定期参加国际比对, 检验波长标准准确性, 我们保持着中国光学波长与国际量值一致。
2, 时间/微波频率基准 － NIM4# 铯冷原子喷泉钟
1983年米定义意味着在计量的意义上米已经不再是一个独立定义量, 而是溯源到时间单位--秒。随之, 光学波长也溯源到微波频率基准－铯原子钟。依照1967年CGPM通过的定义, 秒是铯133同位素原子基态两个超精细能级对应辐射的9,192,631,770个周期[4]。秒由于复现准确度高, 传递使用方便而成为国际单位制(SI)七个基本单位中使用最广, 计量意义最重要的基准量.
NIM在八十年代建成磁选态铯束时间频率基准－NIM3#铯钟, 不确定度3x10－13[5]。目前, 我们正按照当今国际最先进的原理, 研制NIM4# "激光冷却-铯原子喷泉"钟。
冷原子喷泉钟利用六束正交的激光在一个高真空腔中俘获并冷却原子。然后通过激光频率失谐形成向上运动的行波"光学黏胶", 推动冷原子云上抛, 继而在重力场作用下自由回落。利用氢原子钟(H maser)作为频率参考源, 经频率综合生成高质量9.19GHz微波。原子云在上抛回落过程中两次与同一微波腔中的9.19GHz TE011微波场作用, 发生钟跃迁。回落原子云与探测激光作用产生荧光。携带钟跃迁误差信息的荧光信号被探测器接收, 经计算机处理, 反馈控制微波频率, 输出标准频率[6]。
传统铯钟铯束流温度~150o C, 铯原子热运动速度高达~150m/s, 因而产生多普勒频移。冷原子钟利用激光冷却将原子速度减低到2~3cm/s。在这样的超低温下, 多普勒频移大大减小。传统铯钟的原子束依次通过两个独立的微波场, 产生兰姆森条纹。喷泉钟的原子云上抛和自由回落过程中两次通过同一微波腔, 避免了两个腔不一致引入的腔相位差频移。喷泉钟原子云上抛初速度3~4m/s, 远小于传统铯钟~150m/s的铯束流速度, 使两次与微波作用之间的渡越时间增加了100倍，导致1~2Hz的超窄Ramsey条纹, 提高频率锁定精度。传统铯钟借助磁场赛曼效应实现原子选态, 不仅原子利用率低, 而且选态强磁场导致Majorana跃迁引起的频移; 冷原子钟利用光选态, 原子利用率高, 有效改善了信号信噪比, 同时避免了强磁场带来的误差。冷原子喷泉钟利用当代最先进的科学技术成果, 从原理上克服了铯束钟的几项重要误差源, 改善了信噪比, 将时间频率基准的不确定度提高到一个新水平[6]。
我们于1998年实现了激光冷却磁光阱-光学粘胶原子云。2001年获得原子云"飞行下落"荧光信号, 并将原子冷却到5~9μK[7]。2002年初最终构建了完整的喷泉钟本体, 实现了原子云上抛; 微波与上抛-回落原子云作用; 12月在国内首次在冷原子喷泉上实现微波与冷原子作用的Ramsey跃迁[8]。图1显示一组NIM4#钟Ramsey曲线: 原子云上抛74cm, Ramsey条纹HWHM宽度~0.95Hz。2003年1月将9.19GHz微波锁定到NIM4#钟铯冷原子的秒定义跃迁。图2为H-maser对NIM4#钟锁频典型实验曲线, 锁定时间秒(从月日到月日), 数据的Allen方差: 2x10-13/秒, 4x10-14/10000秒.
在研制激光冷原子钟的过程中, 涉及复杂的技术和多方面的困难, 然而: (1)捕获足够数量的原子并冷却到超低温; (2)上抛冷原子云并获取信噪比良好的回落信号和(3)实现微波与上抛-回落原子云作用是三个关键技术台阶。我们已经掌握了这三项关键的基础理论和核心技术。希望在不久的将来通过误差评估确定和修正系统误差, 使NIM4#钟锁定频率不确定度进入10-15量级, 建成我国新一代具有国际先进水平的时间频率基准装置。
3, 光学梳状频率 －直接联系光学波长与微波频率
迄今, CGPM推荐的标准波长都是直接或间接地依靠"谐波光学频率链"溯源到铯原子微波频率基准, 溯源不确定度在10-10 ~ 10-12量级。谐波光学频率链是复杂、昂贵而庞大的装置[9]。中国计量院在八、九十年代曾立题研制光频链, 耗时十年, 终于半途放弃。
1999年, 德国马克思-普朗克(Max-Planck)研究所的Dr. T.Hansch小组提出并实现了"
锁模飞秒脉冲激光-晶体光子光纤-梳状光学频率列", 一举将全部可见-近红外光波波段与铯钟微波频率直接联系起来[10].
中国计量院正在研究建立飞秒梳状光学频率列(fs光梳)装置。我们用Nd:YAG倍频激光(Coherent Verdi-V8)泵浦掺钛蓝宝石激光(GigaOptics GigaJet20)发出超窄脉冲列。脉冲宽度~25fs, 脉冲重复频率f r ~1GHz, 中心波长~810nm。按付立叶变换, 在时域的窄脉冲列, 相当于频域的等间隔梳状频率列, 其频率间隔等于时域脉冲重复频率f r。因为实际应用的激光脉冲不可能实现无限窄, 所以频域的光频率梳也不是等幅, 即光梳覆盖范围不是无限宽, 一般在30nm左右。为了进一步扩展梳状频率列的覆盖范围, 将fs激光输出的脉冲引入一段"晶体光子光纤", 利用高功率密度的超窄光脉冲在光纤蜂窝状芯区产生强非线性效应, 将光梳覆盖范围扩展到超过一个倍频程, 500 - 1100nm, 从而在覆盖几乎全部可见和近红外的频段内产生~106个分立的频率, 组成光学频率梳(图3)。光梳中第n个模的频率为:
f n = n f r + f0, (1)
式中f0为频率列的初始频率偏移.
下一步我们将利用上节所述NIM4#钟作为标准频率锁定梳状频率。利用PLL将蓝宝石激光的脉冲重复频率f r锁定到铯钟微波频率, 相当于在频域锁定了梳状频率列的频率间隔(图3)。将梳状频率列低频端频率倍频, 得到含有初始频率偏移f0信息的2 (f0＋n1 f r), 与频率列高端的频率(f0＋2 n2 f r)= (f0＋2 n1 f r)差拍, 得到:
(f0＋n1 f r) - (f0＋2 n1 f r) = f0. (2)
2
将f0也锁定到铯钟频率, 从而锁定整个频率列的初始绝对频率(图3)[11]。于是得到准确、覆盖整个可见-近红外波段、间隔1GHz的标准光学频率梳。任何一个落在上述光梳范围的波长λM, 和这个梳状频率列差拍, 通过低通滤波器, 都会产生一个小于f r/2= 500MHz的频差?f。根据被测波长的预估值判定频率梳中产生差拍的相应第m次模式的频率(f0＋mf r), 准确测量?f, 立即得到被测波长的准确值λM:
f m = (f0＋mf r) + ?f, (3)
λm = C/f M, (4)
式中f m为被测光频率; C表示真空光速.
由于fs光梳本身频率锁定的跟踪能力非常高, 由于我们正在研制的NIM4#铯钟预计不确定度高达10-15量级, 因此期望梳状频率列可以以10-13的不确定度直接校准/检定被测波长。预期fs光梳将会改变我国光学波长标准-传递系统的格局, 促进波长计量发展到一个新水平。
4, 光钟 – 下一代频率基准？
"fs激光梳状频率"将微波频率基准与光学频率/波长"相位相干"地联系起来, 一方面提供了光学波长向微波频标的直接、可靠、准确溯源, 一方面也为光钟的实用化铺平了道路。早在80年代, 人们就认识到利用激光冷原子/离子存储技术锁定超窄线宽激光，可以得到极其稳定的光学频率。到九十年代, 激光线宽已经压缩到小于0.6Hz; 199Hg+ (282nm), 40Ca (657nm) 等光学频率的稳定性和复现性已达到10-15~10-16, 并有10-18的潜力[12,13]。但是, 不同光波之间和某一光波与铯微波频标之间的频差测量都是极其庞大复杂, 价格昂贵的工程, 成为光频标实际应用的障碍。fs光梳的出现, 由于其先天原理上的巧妙和优越, 一举提供了一个准确实用、价格可以接受的"光学频率综合器"。正是由于fs 光梳的研制成功和迅速推广应用, 使"冷原子/离子存储稳频的光频标"与"fs光梳"结合组成"光钟"[14]。光钟的研究是2002年以来国际计量发展的一个新热点。
5, 感谢
衷心感谢科技部基础研究项目对NIM4#冷原子铯喷泉钟、fs光梳、532nm波长标准, 自然科学基金对532nm和1.5μm 波长标准的支持.
衷心感谢中国计量院量子处波长组、光频组、铯钟组、光电子组的出色研究工作.
[参考文献]
[1] "Resolution 1, "17th CGPM (1983),
[2] "Recommendation 1" (CI-1997), CIPM (1997),
[3] T.Quinn, "Results of recent international comparisons of national measurement standards carried out by the BIPM,"
[4] Resolution 1, 13th CGPM (1967-1968),
[5] 李明寿等, <计量学报> N8p259 (1987).
[6] A.Clairon et al, "A cesium fountain frequency standard: preliminary results, " IEEE Trans. IM44p128 (1995).
[7] 李天初, "NIM铯原子喷泉实现磁光阱-光学粘胶原子云并冷却到10 μK," <计量学报> V22N3p239, (2001).
[8] 李天初等, "NIM4#铯原子喷泉实现Ramsey跃迁和频率锁定," 已投<计量学报>, (2003).
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[10] Th.Udem et al and T.Hansch "Absolute optical frequency measurement of the Cesium D1 line with
a mode-locked laser, "
[11] R.Holzwarth, Th.Udem and T.W.Hansch,
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[13] C.W.Oates et al, "Improved short-term stability of optical frequency standards: approaching 1 Hz in 1s with the Ca standard at 657 nm,"
[14] S.A.Diddams et al, "An Optical Clock Based on a Single Trapped 199Hg+ Ion,"
N293p825 (2001).
N4/(N3+N4) 1.0
0.5
0.0
-60 0 60 (Hz)
图1, 一组NIM4#钟微波与冷原子作用的Ramsey跃迁曲线。竖直轴表示原子归一化跃迁几率, 水平轴为相对钟跃迁频率(9,192,631,770Hz)的频率失谐。原子云上抛74cm, Ramsey条纹FWHM宽度~0.95Hz。
图2, .
图3, 中国计量院飞秒激光梳状频率原理及频率锁定方框图.
关于光学频率梳的概述
关于光学频率梳的概述 06061102 扈琦 摘要：光梳技术，秒的新标准。 引言：从1958年激光被首次成功制造至今，这个光学新的领域获得了异乎寻常的飞快发展，它使我们能够有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。现在，一种新型的激光——“光学频率梳”诞生了，它就像一把“光尺”，使人类能够对光学频率实现及其精密的测量。这里我将简要说明光学频率梳的结构以及其广阔的前景。 一、光梳结构 光学频率梳由“锁模激光器”产生，是一种超短脉冲激光。超短光脉冲的载波由单一频率的光构成，这种光会在光谱上该频率显示为一条竖线，表示只存在该频率的光波。在这里，锁模激光器发射的光脉冲的两个特征成为了研制光学频率梳的关键。第一个特征是，包络相对于载波发生微小位移，导致脉冲发生细微变化。脉冲包络的峰值，可以和对应的载波波峰同时出现，也可以偏移到载波的波峰同时出现，该偏移量被称为脉冲位相。第二个特征，锁模激光器以重复频率发射脉冲序列。这种脉冲序列光的频谱不是以载波频率为中心向两边连续延展，而是形成许多离散的频率。这个频谱分布很像梳齿，彼此间隔与激光器的重复频率精确相等。但在通常情况下，前后两个脉冲的位相会发生一些不可预知但却固定不变的偏移，这时，梳齿的频率会偏离重复频率的整数倍，出现零点漂移，使得梳齿频率不可确定。随着钛宝石激光器的出现，德国马普量子光学研究所的Theodor. W. Hansch 利用新型激光器证明了输出光梳输出光谱两端的光梳谱线具有确切的对应关系，使得光梳真正的可以被作为“光尺”使用。 二、光梳技术应用 光学原子钟 光学原子钟是迄今为止，人类制造的最精确的时钟，它的精度已经超过了1967年来一直作为标准的微波原子钟。光学原子钟将在空间导航、卫星通信、基础物理问题的超高精度检。 化学探测器研究人员已经演示了利用光梳的超灵敏化学探测器，目前正在研制商业化仪器的样机。这种探测器，能够让安检人员更快捷的识别爆炸物及危险病原体等有害物质。医生可以通过检测病人呼出的气体的化学成分来诊断疾病。 超级激光器利用光学频率梳，许多激光器输出的激光脉冲可以合称为单束光脉冲序列。合成激光的相干性极好，就像是同一个激光器发出来的一样。这种技术将来有望对从无线电波到X射线的电磁波谱实现相干控制。 长途通信使单根光纤传输的信号量增加好几个数量级，所需的只是一把光梳，各通道之间的干扰也将减少，尤其是安全通信，将从光梳的运用上获得许多好处。 激光雷达激光雷达用激光来测定远距离目标的位置、速度和性质。用光学频率梳产生的特定波形的激光，有望将雷达的灵敏度和探测范围提高几个数量级。 三、秒的新定义 稳定的光学频率梳发明以后，精确测量连续波激光器的频率就变得轻而易举了。像倍频链一样，基于光梳的频率测量仍然需要以铯钟作为标准。首先，必须测量光梳的零点偏移频率和光梳梳齿的频率间隔。有了这两个数据，我们就能计算出所有梳齿对应的频率。接下来，就要把待测激光与光梳的光混合在一起，测量激光与最接近它的梳齿产生的拍频频率，也就是两者频率差。这三个频率都属于微波频段，可以用铯钟非常精确的进行测定。至此，光梳的这些优点使得时间标准从微波的向光学的转变。
高平均功率飞秒光纤光学频率梳产生及其噪声特性的研究
高平均功率飞秒光纤光学频率梳产生及其噪声特性的研究 基于飞秒锁模激光脉冲和高功率光纤放大技术发展的高功率光纤光学频率梳有望替代钛宝石光学频率梳,在精密光谱测量、时间频率计量和阿秒超快光学等领域具有重要的应用。目前,高功率光纤光学频率梳的发展急需突破以下技术瓶颈:研究稳定的新型光纤锁模技术,降低激光脉冲的噪声,提升激光光源的稳定性;探索光纤超短脉冲放大的新技术,突破增益窄化、非线性效应和模式不稳定等限制,降低脉冲放大过程中非线性累积的相位噪声和强度噪声;发展高功率飞秒激光脉冲时频域控制技术,实现更高平均功率的光纤光学频率梳。本论文以高平均功率飞秒光纤光学频率梳产生技术和噪声抑制为主题展开研究。研究了光纤锁模技术和腔内噪声抑制技术,获得了超低噪声高重复频率飞秒激光脉冲;选用高增益大模场掺镱光纤,分别实现了超短脉冲激光的啁啾脉冲光纤放大和自相似脉冲光纤放大,抑制了飞秒激光脉冲高功率放大过程中引入的附加噪声;研制了高功率飞秒激光脉冲的时-频域控制系统,实现了两台低噪声高功率的飞秒光纤光学频率梳。 本论文具体研究内容和创新点概括如下:1.研制了基于非线性偏振旋转锁模的超低噪声的集成化光纤激光器。通过合理设计腔型结构,结合腔内色散管理和泵浦优化,获得了脉冲宽度50fs,光谱宽度50nm超短激光脉冲,激光脉冲重复频率提升到500MHz。采用谐波锁模技术,获得重复频率为1GHz的稳定的谐波锁模脉冲输出;综合抑制泵浦噪声、色散噪声和环境噪声,实验中大幅度地降低了激光种子源的相位和强度噪声,获得了1Hz-10MHz内累计相位噪声和累计强度噪声仅为1.6mrad和0.085%的超低噪声飞秒激光脉冲,是目前文献报道的最低自由运转噪声的1GHz光纤飞秒锁模激光器。2.通过理论计算和实验研究,深入研究了高功率啁啾脉冲光纤放大器中脉冲时频域演化过程。 计算模拟了脉冲展宽、增益窄化、自相位调制以及受激拉曼散射等过程对啁啾脉冲光纤放大器输出脉冲的影响,优化了放大噪声抑制技术,设计了高功率棱栅高阶色散压缩器,发展了高平均功率低噪声啁啾脉冲光纤放大技术,获得了250MHz,132W,180fs的高平均功率的傅里叶变换极限脉冲。为了进一步压缩高功率光学频率梳的脉冲宽度,发展了高平均功率低噪声自相似脉冲光纤放大技术,输出光谱在非线性放大过程中得到展宽,获得了覆盖1000-1100nm的脉冲输出光
波长 频率和波速教案
[高二物理教案10-3] 10.31波长、频率和波速 一、教学目标 1、知识目标： ①知道什么是波的波长，能在波的图象中求出波长。 ②知道什么是波传播的周期（频率），理解周期与质点振动周期的关系。 ③理解决定波的周期的因素，并知道其在波的传播过程中的特点。 ④理解波长、周期（频率）和波速的物理意义及它们之间的关系，并会应用这一关系进行计算和分析实际问题。 2、能力目标： 学会应用波长、周期（频率）和波速的关系分析解决实际问题的方法。 二、教学重点： 理解波长、周期（频率）和波速的物理意义及它们之间的关系，并会应用这一关系进行计算和分析实际问题。 三、教学方法： 实验演示和多媒体辅助教学 四、教具： 波动演示仪、演示波的图象用的教学课件、计算机、大屏幕 五、教学过程： （一）引入新课 在物理中，一些物理现象、过程、规律等，都需要用物理量进行描述。同样，机械波及其传播过程，也需要一些物理量进行描述。在上一节我们认识和理解波的图象的基础上，这节课，我们来学习和研究描述波的几个物理量，即波长、频率和波速 【板书】第三节波长、频率和波速 （二）进行新课 【板书】一、波长（λ） 在教材中的图10-5可以看出，由质点1发出的振动传到质点13，使质点13开始振动时，质点1完成一次全振动，因而这两个质点的振动步调完全一致。也就是说，至两个质点在振动中的任何时刻，对平衡位置的位移大小和方向总是相等的。我们就把这样两个质点之
间的距离叫做波长。 【板书】1、在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫做波的波长。 对于波长这个物理量，我们还需要结合波的图象，进一步加深理解。 【板书】2、几点说明 要理解“位移总相等”的含义。这里要求的是每时每刻都相等。如图10-10所示，如E、F两点在图示的时刻位移是相等的，但过一段时间后，位移就不一定相等，所以E、F两点的距离就不等于一个波长。 【板书】（1）“位移总相等”的含义是“每时每刻都相等”。 从波的图象中不难看出，位移总相等的两个质点，其速度也总是相等的。 【板书】（2）位移总相等的两个质点，其速度也总是相等的。 在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长。在纵波中，两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离也等于波长。 结合图10-10，我们可以看到，相距λ/2的两个质点振动总是相反的。进而可以总结出这样的结论：相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的；相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。 【板书】（3）相距λ整数倍的质点振动步调总是相同的；相距λ/2奇数倍的质点振动步调总是相反的。 在波的传播过程中，由于波源质点的振动，而带动相邻的质点依次振动，各个质点振动的周期与频率，都与波源质点的振动周期和频率相同。所以波的传播是具有周期性的。因此，为了描述波的传播过程，还需要引入物理量——周期和频率。 【板书】二、周期（T）、频率（f） 波源质点振动的周期（或频率）也就是波传播的周期（频率）。 【板书】1、波源质点振动的周期（或频率）就是波的周期（或频率）。
光纤激光频率梳关键技术的研究
光纤激光频率梳关键技术的研究 作为20世纪最伟大的发明之一,由频率控制的锁模激光所产生的光学频率梳在光频计量、光原子钟与时频传递、精密相干测量等领域具有重要应用。光纤激光频率梳结构简单、成本低且易于维护,是近年来的研究重点。本论文着重于光纤激光频率梳的关键理论和技术。从理论和实验方面对光纤激光频率梳开展了研究,主要内容包括:第一,基于脉冲在光纤色散非线性传输所满足的非线性薛定谔方程(NLSE)和广义非线性薛定谔方程(GNLSE),研究了锁模光纤激光脉冲特性、啁啾脉冲光纤放大技术和高非线性光纤超连续谱的产生技术;基于Master方程微扰理论,研究了重复频率和偏移频率的传递函数;利用固定点模型,分析了光纤激光频率梳的噪声特性和反馈机制,并提出了噪声抑制方法与实现途径;第二,提出了一种基于飞秒光纤激光器的光频率梳设计方案。 设计与研制出脉冲宽度55 fs、重复频率210 MHz的色散管理孤子锁模掺铒光纤激光器,优化设计了啁啾脉冲光纤放大链路,由负色散高非线性光纤产生了频率范围1080～2320 nm的倍频程超连续谱,经f-2f自差拍检测出信噪比达32 dB的载波包络偏移频率;论证了基于P-I电路的PLL的长期稳定的优越性,并基于此设计部分电路构建锁定电子链路;通过将重复频率的4次谐波和载波包络偏移频率锁定到商用铷钟,实现了对光学频率梳的高精度锁定。测量结果表明,1s 计数门控时间下的重复频率和偏移频率标准偏差分别为0.65 mHz和1.76 mHz,100 s采样时间时下的Allan偏差分别为1.74×10-13和1.80×10-11。第三,研究了基于双倍周期锁模光纤激光器的光梳锁定机制和锁定结果。通过优化激光腔内的OFS-980长度,设计了一种仅改变泵浦偏置电流就可实现基本被动锁模和双倍周期锁模之间切换,且两种状态下输出脉冲特性相仿的光纤激光器。 研究表明,双倍周期锁模产生的新梳齿模与原梳齿模强烈相关并具有一致的载波包络偏移频率,采用反馈控制腔长和激光泵浦功率的锁定方式同样适用。此外,仅改变泵浦偏置电流,经同一f-2f自差拍系统和与双倍周期锁模完全相同的锁定电路,还实现了基本锁模运转下的光梳锁定,从而在同一光纤系统实现了两种不同梳齿间隔的相位锁定光梳及其相互之间的切换。以上研究结果对研制实用化的低噪声光纤激光频率梳以满足光频计量、光梳光谱和微波产生等领域的应用需求具有重要的参考价值。
【CN209356822U】一种光学频率梳产生系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920302555.X (22)申请日 2019.03.11 (73)专利权人 南京大学 地址 210093 江苏省南京市鼓楼区汉口路 22号 (72)发明人 姜校顺 王瀚 麻霁阳 肖龙甫 顾佳新 肖敏 (74)专利代理机构 北京品源专利代理有限公司 11332 代理人 孟金喆 (51)Int.Cl. G02F 1/35(2006.01) H01S 5/06(2006.01) H01S 5/00(2006.01) (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (54)实用新型名称 一种光学频率梳产生系统 (57)摘要 本实用新型公开了一种光学频率梳产生系 统。该系统包括波长可调光源、偏振控制器、光纤 以及光学微腔；波长可调光源提供泵浦光，泵浦 光耦合入光纤；光纤与偏振控制器的输入端连 接；光纤从偏振控制器的输出端延伸至光学微 腔，光纤包括锥状结构，光纤通过锥状结构与光 学微腔耦合；其中，光学微腔包括衬底和位于衬 底一侧的支撑柱和大倾角微盘腔；泵浦光通过锥 状结构耦合入光学微腔；偏振控制器调节光纤中 泵浦光的偏振方向，提高与光学微腔的耦合效 率；泵浦光在光学微腔中由于三阶非线性效应， 产生可见光波段的光学频率梳。本实用新型的技 术方案，产生可见光波段的光学频率梳，而且利 用片上集成的光学微腔器件，有利于小型化和集 成化器件的发展。权利要求书2页 说明书7页 附图5页CN 209356822 U 2019.09.06 C N 209356822 U
无线电波的波长频率与波段
无线电波的波长(频率)与波段 电磁波的电场(或磁场)随时间变化，具有周期性。在一个振荡周期中传播的距离叫波长。振荡周期的倒数，即每秒钟振动(变化)的次数称频率。很显然，波长与频率的乘积就是每秒钟传播的距离，即波速。令波长为λ，频率为f，速度为V，得： λ=V/f波长入的单位是米(m)，速度的单位是米/秒(m/sec)，频率的单位为赫兹(Hertz，Hz)。 整个电磁频谱，包含从电波到宇宙射线的各种波、光、和射线的集合。不同频率段落分别命名为无线电波(3KHz—3000GHz)、红外线、可见光、紫外线、X 射线、丫射线和宇宙射线。 在19世纪末，意大利人马可尼和俄国人波波夫同在1895年进行了无线电通信试验。在此后的100年间，从3KHz直到3000GHz频谱被认识、开发和逐步利用。根据不同的持播特性，不同的使用业务，对整个无线电频谱进行划分，共分9段：甚低频(VLF）、低频(LF)、中频(MF)，高频(HF)、甚高频(VHF)\特高频(uHF)\超高频(sHF)\极高频(EHF)和至高频，对应的波段从甚(超)长波、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波和丝米波(后4种统称为微波)。见下表。 无线电频谱和波段划分 段号频段名称 频段范围 （含上限不含下限）波段名称 波长范围（含 上限不含下 限） 1甚低频（VLF）3～30千赫（KHz）甚长波100～10km
2低频（LF）30～300千赫（KHz）长波10～1km 3中频（MF） 300～3000千赫 （KHz） 中波1000～100m 4高频（HF）3～30兆赫（MHz）短波100～10m 5甚高频（VHF）30～300兆赫（MHz）米波10～1m 6特高频（UHF） 300～3000兆赫 （MHz）分米 波 微波 100～10cm 7超高频（SHF）3～30吉赫（GHz） 厘米 波 10～1cm 8极高频（EHF）30～300吉赫（GHz） 毫米 波 10～1mm 9至高频 300～3000吉赫 （GHz）丝米 波 1～0.1mm
光学频率梳的绝对距离测量研究
光学频率梳的绝对距离测量研究 光学频率梳的出现和飞速发展给超精密计量领域带来了革命性的进步。大尺寸高精度的绝对距离测量在基础科学研究和工程实际应用中都发挥着重要的作用。1983年,国际计量大会定义长度单位米为光在真空中行进1/299792458秒的距离,实现了长度（米）和时间（秒）的高度统一。光学频率梳作为一种新型的光源,可直接连接长度和时间,于是,光学频率梳的绝对距离测量很快成为了国际国内的研究热门。 本论文研究了光学频率梳的绝对距离测量,在几十米大范围内实现了高精度的绝对距离测量,满足大尺寸高精度的绝对距离测量需求。研究了强度探测的绝对距离测量方法,分析了脉冲互相关原理,建立了基于高斯脉冲、 Sech2脉冲和洛仑兹脉冲的脉冲互相关模型,通过两个脉冲的干涉强度实现绝对距离测量。在25m范围内,与参考干涉仪比对的结果表明,测量不确定度优于1.5μm。分析了色散干涉的原理,基于色散干涉条纹的调制频率实现绝对距离测量,但是采用低分辨率的光谱分析仪无法实现任意测距。 为了克服这一局限性,采用一段长的延迟光纤作为参考臂,通过改变光学频率梳的重复频率,可以实现任意测距。实验结果表明,在75m范围内,测量不确定度优于25μm。进行了测量不确定度的最优化分析,以最优化系统的参数配置。通过调节重复频率进行光学采样,实现绝对距离测量。 采用一段长的延迟光纤作为参考臂,通过扫描重复频率,获得脉冲干涉条纹。采用希尔伯特变换测量干涉条纹的峰值位置,实现绝对距离测量。实验结果表明,在60m范围内,测量不确定度优于3μm。在自由空间中,通过扫描重复频率,获得了脉冲干涉条纹。 采用傅立叶变换测量干涉条纹携带的距离信息。实验结果表明,在75m范围内,测量不确定度优于4μm。进行了多目标测量场合下的实验,测量了玻璃厚度和折射率。实验结果表明,通过扫描重复频率光学采样的方法可以高精度的测量玻璃厚度和折射率。 提出了光学频率梳与单频激光多外差干涉的绝对距离测量方法。分析了光频梳与单频激光多外差干涉的原理,通过拍频信号的相位实现绝对距离测量。为了改善拍频信号的稳定性,采用Pound-Drever-Hall锁定原理,将单频激光锁定至
光的各个波长区域-nm
光的各个波长区域 光是一种电磁波，它的波长区间以几个nm(1nm=10-9m)到1mm左右。这些光并不是都能看得见的，人眼所能看见的只是其中的一部分，我便把这部分光称为可见光。在可见光中，波长最短的是紫光，稍长的是蓝光，以后的顺序是青光、绿光、黄光、橙光和红光，其中红光的波长最长，在不可见光中，波长比紫光短的光称为紫外线，比红光长的光叫做红外线。下表列出紫外可见光和红外区的大致的波长范
围。波长小于200nm的光之所以称为真空紫外，是因为这部分光在空气中很快被吸收，因此它只能在真空中传播。 现在常用的光波波长单位是μm,nm和?（埃），它们之间的关系是：1μm=103nm=104?。光除具有波动性之外，还具有粒子性。量子论认为，光是由许多光量子组成的，这些光量子具有的能量为hυ，其中h=×10-34J·S是普朗克常数，υ=c/λ是光的频率，c=3×10-8m/s 是真空中的光速。量子论较好地反映了光的波粒二象性。 在光辐射中的一部分是人眼能够看得见的。人眼怎么会感到这部分光的呢原来在人眼的视网膜上面布满了大量的感光细胞。感光细胞有两种：柱状细胞和锥状细胞。前者灵敏度高，能感觉极微弱的光；后者灵敏度较低，但能很好的区别颜色。在柱状细胞和锥状细胞里都会有一种感光物质，当光线照到视网膜上时，感光物质发生化学变化，刺激神经细胞，最后由神经传到大脑，产生视觉。如同感光片对各种颜色光的灵敏度也不一样，它对绿光的灵敏度最高，可对红光的灵敏度低得多。也就是说，相同能量的绿光和红光，前者在人眼中引起的视觉强度要比后者大得多。实践表明，不同的观察者的眼睛对各种波长的光的灵敏度稍有不同，而且还随着时间、观察者的年龄和健康状况而变。因此，只能以许多人的大量观察结果中取平均。现在大家公认的视觉函数曲线是国际照明委员会（简称CIE）根据平均人眼对各种波长的光的相对灵敏度值画成的曲线。
光学波长标准-飞秒光梳频率列-铯原子微波频率基准-光钟
从光学波长到微波频率基准: 光学波长标准 - 飞秒光梳频率列 - 铯原子微波频率基准 - 光钟 中国计量科学研究院(NIM) 量子处 李天初, 方占军 电话: (10) 6429 5811, e-mail: litch@https://www.360docs.net/doc/828229324.html, 摘要: 迄今, 光学波长依赖于传统的光学谐波波长链溯源到铯钟微波频率基准。本文简略介绍中国计量院量子处保存和在研的激光波长标准, 报导我们研制新一代NIM4＃"激光冷却-原子喷泉"微波频率基准铯钟和"飞秒脉冲激光-光学梳状频率"的原理和进展。冷原子喷泉钟将使我国频率基准不确定度进入10-15。飞秒梳状频率使光学波长和微波频率直接准确地联系起来。上述两项课题将改变我国光学波长标准和溯源系统的基本格局, 使得光学波长计量发展到一个新水平。同时, "飞秒梳状频率"与"原子/离子存储光学频率标准"的结合, 将推动"光钟"的发展. 关键词:冷原子喷泉钟; 飞秒光梳; 微波频率基准; 光学波长标准. 1, 稳频激光光学波长标准 －实际复现米定义 1983年, 国际计量大会(CGPM)颁布了新的米定义，将长度单位米定义为光波在一定时间间隔传播的真空距离[1], 并陆续推荐了十二条光辐射波长, 作为光学波长标准[2]。 在CGPM推荐的标准波长中, 利用饱和吸收技术将He-Ne激光频率锁定到127I2的115-5, R(127) 跃迁a i峰的633nm波长[3], 由于其结构简单、使用广泛、准确可靠而成为最常用、最常规的光学波长标准。 中国计量院(NIM)自70年代就开始了激光稳频的研究。目前NIM保存着碘稳频633nm He-Ne激光波长标准, 不确定度为5x10－11(2σ)。我们正在改造更新He-Ne激光543nm 波长标准, 开展碘稳频Nd:YAG激光倍频532nm波长和乙炔稳频半导体激光1542nm 波长标准的研究。通过定期参加国际比对, 检验波长标准准确性, 我们保持着中国光学波长与国际量值一致。 2, 时间/微波频率基准 － NIM4# 铯冷原子喷泉钟 1983年米定义意味着在计量的意义上米已经不再是一个独立定义量, 而是溯源到时间单位--秒。随之, 光学波长也溯源到微波频率基准－铯原子钟。依照1967年CGPM通过的定义, 秒是铯133同位素原子基态两个超精细能级对应辐射的9,192,631,770个周期[4]。秒由于复现准确度高, 传递使用方便而成为国际单位制(SI)七个基本单位中使用最广, 计量意义最重要的基准量. NIM在八十年代建成磁选态铯束时间频率基准－NIM3#铯钟, 不确定度3x10－13[5]。目前, 我们正按照当今国际最先进的原理, 研制NIM4# "激光冷却-铯原子喷泉"钟。
天线和频率(波长)关系
天线的长短是根据中心工作频率的波长来决定的： 1.波长和频率的关系是倒数关系，具体的计算公式是：波长（单位：米）=300/频率（单位：MHz）中心频率为150MHz时，波长就是2米，所以我们又把150MHz左右的信号称为2米波，而430MHz的波长是0.7米，所以430MHz左右的信号又被叫着70厘米波。 2.天线的长短和波长成正比，所以和频率成反比，频率越高，波长越短，天线也就可以做得越短。 3.天线的长度并不等于一个波长，往往是1/4波长或者5/8波长，如果你购买的是原装天线，你能在包装或说明书上看到类似这样的说明。为什么要用这样的长度，我以后再来介绍。 4.很多缩短型天线，比如大家常说的烟
屁苗子，是用加感的方式来缩短长度，实际上把里面一圈一圈的线材拉直，长度也接近波长的1/4或者5/8。当然也有用其他技术手段、设计思想制作的缩短天线，但现在在业余领域还没有效果太好的产品。 5.我们使用的U段和V段都有一个比较宽的范围，U段从430到440，有10MHz的宽度，V段从144到146有2M的宽度，而天线的最佳点（也就是长度和波长最匹配的频率点）理论上就在某一个频率上。保持在整个频率范围内都有比较好的特性，这就是天线好坏的一个重要特征。 6.如果你常用的某个频点，天线的特性不好（比如驻波较大），可以通过修剪天线来进行调试。修剪工作一 定要由有经验的人士在仪器的帮助下完成。这个道理就不用多讲了。 7.国产天线的性能不一定就比进口天
线的性能差，但国产天线的一致性不好，碰到好的就特别好，碰到不好就算倒霉，呵呵，当然修剪一下还是可以用的。 8.天线对通连的效果是至关重要的，一副好的天线可以让你用比别人低得多的发射功率把信号送到同样远的地方，或者说，用同样的功率，一副好天线可以把信号送到更远的地方。
红外线的波长比可见光长
红外线的波长比可见光长，具有热效应，有极强的穿透能力，不易被大气所吸收。因此，红外线燃气灶具有明显的节能效果。红外线本身携带能量。太阳照在人的身体上才会感觉温暖。由于这种特点，现在市场上出现了许多应用红外线的产品，如：红外线保健内衣，红外线家庭取暖器，红外线测体温等。而红外线炉灶是利用红外线的这些特点制造而成的。节能效率可以达到35%以上。由特殊耐火材料制成的红外线辐射板，在火焰燃烧的时候，将火焰转变成红外线，加快物体的受热过程。由于红外线辐射传递，从而使燃气灶的性能得到很大的改善。 燃气灶工作原理 燃气灶在工作时，燃气从进气管进入灶内，经过燃气阀的调节（使用者通过旋钮进行调节）进入炉头中，同时混合一部分空气（这部分空气称之为一次空气），这些混合气体从分火器的火孔中喷出同时被点火装置点燃形成火焰（燃烧时所需的空气称之为二次空气），这些火焰被用来加热置于锅支架上的炊具。 红外线燃气灶 红外线燃气灶采用红外线辐射燃烧器。该燃烧器是一种低压引射式完全预混式燃烧器。 自主知识产权 我国最早的红外线燃气灶具是由广州市厨之宝燃气具有限公司开发生产的。该公司已获得多项国家发明专利。 家用燃气灶的型号编制 家用燃气灶的型号编制燃气灶家用燃气灶可根据使用气源、火眼数、功能以及结构的不同分类。按照 GBl6410—2007《家用燃气灶具》的规定，家用燃气灶的型号编制为：产品名称燃气类别灶的眼数————设计号 1．代号用汉语拼音拼音表示 JZ（灶）、JH（烘烤器）、JK（烤箱）、JKZ（烤箱灶）、JF（饭锅）表示。 2．燃气类别用 GB/T13611 中的类别代号表示。 3．灶的眼数用阿拉伯数字 1、2、3……表示。 4．设计号由厂家自定。 JZ 5R 2 ———— 1998A。 燃气灶分类 1.按使用气种 天燃气灶、人工煤气灶、液化石油气灶电磁灶； 2.按材质分 有铸铁灶、不锈钢灶、搪瓷灶；
知识讲解波长频率和波速
波长、频率和波速 编稿：张金虎审稿：吴嘉峰 【学习目标】 1．知道波长、频率的含义。 2．掌握波长、频率和波速的关系式，并能应用其解答有关问题。 3．知道波速由介质本身决定，频率由波源决定。 【要点梳理】 要点一、波长、频率和波速 1．波长、频率和波速 （1）波长． 两个相邻的运动状态总是相同的质点间的距离，或者说在振动过程中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离叫做波长．例如，在横波中两个相邻波峰（或波谷）之间的距离，在纵波中两个相邻密部（或疏部）之间的距离都等于波长．波长用 ?表示． （2）频率． 由实验观测可知：波源振动一个周期，其他被波源带动的质点也刚好完成一次全振动，且波在介质中往前传播一个波长．由此可知，波动的频率就是波源振动的频率．频率用f表示． （3）波速． 波速是指波在介质中传播的速度． 要点诠释：①机械波的波速只与传播介质的性质有关．不同频率的机械波在相同的介质中传播速度相等；同频率的横波和纵波在相同介质中传播速度不相同．②波在同一均匀介质中匀速向前传播，波速”是不变的；而质点的振动是变加速运动，振动速度随时间变化． 2．波长、频率和波速之间的关系 在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于一个波长，因而可以得到波长?、频率f（或周期T）和波速v三者的关系为：vT??． 根据1Tf?，则有vf??。 3．波长?、波速v、频率f的决定因素 （1）周期或频率，只取决于波源，而与v?、无直接关系． （2）速度v取决于介质的物理性质，它与T?、无直接关系．只要介质不变，v 就不变，而不取决于T?、；反之如果介质变，v也一定变． （3）波长?则取决于v和T。只要vT、其中一个发生变化，其?值必然发生变化，
波长频率和波速示范教案
波长频率和波速示范教案Newly compiled on November 23, 2020
第三节：波长、频率和波速示范教案 教学目标 （一）知识目标 1、掌握波长、频率、波速的物理意义； 2、能在机械波的图象中识别波长； 3、掌握波长、频率和波速之间的关系，并会应用这一关系进行计算和分析 问题； （二）能力目标:培养学生阅读材料、识别图象、钻研问题的能力． 教学重点:波长、频率和波速之间的关系 教学难点:波长、频率和波速之间的关系 教学方法:讨论法 教学用具:横波演示器、计算机多媒体 教学步骤 一、引入新课 教师用计算机幻灯（PPT）展示简谐横波的图象，如图所 示： 教师提问：=0、=、=、=、=、=、=这些 质点的振动方向如何请学生回答。 学生回答： =0向下振动；=速度等于0；=向上振动；=速度等于0；=向下振动；=速度等于0；=向上振动 教师提问：在这些质点中振动相同的是哪些点 学生回答：=0 =向下振动、= =向上振动、= = =速度等于0。 教师提问：在以上三组相同中又有什么不同呢 学生回答：前两组的质点的振动是完全相同，后一组有不同的。
教师提问：振动完全相同指什么 学生回答：指：质点的位移、回复力、加速度、速度都相同。 教师提问：相邻的振动完全相同的质点间的水平距离都相等吗请学生讨论。 教师可在教室里指导个别学生，并与学生讨论学生提出的问题。 教师总结：这就是波长，用表示，单位是米 教师板书： 一、波长：在波动中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离，叫波长 1、单位：米 2、符号表示： 教师提问：设波源的振动频率（周期）是，则波传播的频率和周期是多少 学生回答：也是 教师提问：为什么 请学生讨论 教师总结：因为每个质点都在做受迫振动，所以每个质点的振动频率或周期也是。教师用横波演示器给学生讲解：经过一个周期，振动在介质中的传播的距离等于一个波长；经过半个周期，振动在介质中的传播的距离等于半个波长；经过四分之一个周期，振动在介质中的传播的距离等于一个波长的四分之一。 教师板书： 二、总结出波长、频率和波速的关系： 三、应用 例题：如图中的实线是一列简谐波在某一时刻的波形曲线.经后，其波形如图中虚线所示．设该波的周期大于． （1）如果波是向左传播的，波速是多大波的周期是多大 （2）如果波是向右传播的，波速是多大波的周期是多大
可见光的光谱及各种光的波长
各种光的波长 各种光的波长可见光的光谱
一个虹所表现的每个颜色只包含一个波长的光。我们称这样的颜色 为单色的。虹的光谱实际上是连续的，但一般人们将它分为七种颜色：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但每个人的分法总是稍稍不同的。单色光的强度也会影响人对一个波长的光的颜色的感受，比如 暗的橙黄被感受为褐色，而暗的黄绿被感受为橄榄绿，等等。p1Ean qFDPw 显示器无法产生单色的橙色）。出于眼睛的生理原理，我们无法区 分这两种光的颜色。 也有许多颜色是不可能是单色的，因为没有这样的单色的颜色。黑色、灰色和白色比如就是这样的颜色，粉红色或绛紫色也是这样的 颜色。DXDiTa9E3d 波动方程是用来描写光的方程，因此通过解波动方程我们应该可以 得到颜色的信息。在真空中光的波动方程如下： utt = c2(uxx + uyy + uzz> c在这里是光速，x、y和z是空间的坐标，t是时间的坐标，u(x,y, z>是描写光的函数，下标表示取偏导数。在空间固定的一点 但实际上要描写一组光谱到底会产生什么颜色，我们还的理解视网膜的生理功能才行。 亚里士多德就已经讨论过光和颜色之间的关系，但真正阐明两者关系的是艾萨克·牛顿。约翰·沃尔夫冈·歌德也曾经研究过颜色的成因。托马斯·杨1801年第一次提出三元色的理论，后来赫尔曼·冯·亥姆霍兹将它完善了。1960年代人们发现了人眼内部感受颜色的色素，从而确定了这个理论的正确性。5PCzVD7HxA 人眼中的锥状细胞和棒状细胞都能感受颜色，一般人眼中有三种不同的锥状细胞：第一种主要感受红色，它的最敏感点在565纳M左右；第二种主要感受绿色，它的最敏感点在535纳M左右；第三种主要感受蓝色，其最敏感点在445纳M左右。杆状细胞只有一种，它的最敏感的颜色波长在蓝色和绿色之间。jLBHrnAILg 每种锥状细胞的敏感曲线大致是钟形的。因此进入眼睛的光一般相应这三种锥状细胞和杆状细胞被分为4个不同强度的信号。xHAQX74 J0X 因为每种细胞也对其他的波长有反映，因此并非所有的光谱都能被区分。比如绿光不仅可以被绿锥状细胞接受，其他锥状细胞也可以产生一定强度的信号，所有这些信号的组合就是人眼能够区分的颜色的总和。LDAYtRyKfE 人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62～0.76μm；紫光的波长范围为0.38～0.46μm。比紫光光波长更短的光叫紫外线，比红光波长更长的光叫红外线 最广义地来说，传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，红外传感器就是其中的一种。随着现代科学技术的发展，红外线传感器的应用已经非常广泛，下面结合几个实例，简单介绍一下红外线传感器的应用。 人体热释电红外传感器和应用介绍 被动式热释电红外探头的工作原理及特性： 一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。 1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感。 2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。 5)菲尼尔滤光片根据性能要求不同，具有不同的焦距（感应距离），从而产生不同的监控视场，视场越多，控制越严密。 在电子防盗、人体探测器领域中，被动式热释电红外探测器的应用非常广泛，因其价格低廉、技术性能稳定而受到广大用户和专业人士的欢迎。 红外线遥控鼠标器中的传感器 在机械式鼠标器底部有一个露出一部分的塑胶小球,当鼠标器在操作桌面上移动时，小球随之转动，在鼠标器内部装有三个滚轴与小球接触，其中有两个分别是X轴方向和Y轴方向滚轴，用来分别测量X轴方向和Y轴方向的移动量，另一个是空轴，仅起支撑作用。拖动鼠标器时，由于小球带动三个滚轴转动，X轴方向和Y轴方向滚轴又各带动一个转轴（称为译码轮）转动。译码轮(见图1)的两侧分别装有红外发光二极管和光敏传感器，组成光电耦合器。光敏传感器内部沿垂直方向排列有两个光敏晶体管A和B，如图2所示。由于译码轮有间隙，故当译码轮转动时，红外发光二极管发出的红外线时而照在光敏传感器上，时而被阻断，从而使光敏传感器输出脉冲信号。光敏晶体管A和B被安放的位置使得其光照和阻断的时间有差异，从而产生的脉冲A和脉冲B有一定的相位差，利用这种方法，就能测出鼠标器的拖动方向 照相机中的红外线传感器――夜视功能 红外夜视，就是在夜视状态下，数码摄像机会发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄 每种颜色的光与波长的对应值 紫光 400～450 nm 蓝光 450～480 nm 青光 480～490 nm 蓝光绿 490～500 nm 绿光 500～560 nm 黄光绿 560～580 nm 黄光 580～595 nm 橙光 595～605 nm 红光 605～700 nm 根据光子能量公式：E＝hυ 其中，h为普朗克常数，υ为光子频率 可见光的性质是由其频率决定的。 另外，在不同折射率的介质中，光的波长会改变而频率不变。 色温 色温（colo(u)r temperature）是表示光源光色的尺度，单位为K（开尔文）。色温在摄影、录象、出版等领域具有重要应用。光源的色温是通过对比它的色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。热黑体辐射体与光源的色彩相匹配时的开尔文温度就是那个光源的色温，它直接和普朗克黑体辐射定律相联系。 一．概述 基本定义 色温是表示光源光谱质量最通用的指标。一般用Tc表示。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量 分布中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K （开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。 显示器指标 色温（ColorTemperature）是高档显示器一个性能指标。我们知道，光源发光时会产生一组光谱，用一个纯黑体产生出同样的光谱时所需要达到的某一温度，这个温度就是该光源的色温。15英寸以上数控显示器肯定带有色温调节功能，通过该功能（一般有9300K、6500K、5000K三个选择）可以使显示器的色彩能够满足高标准工作要求。高档产品中有些还支持色温线性调整功能。 光源颜色 光源的颜色常用色温这一概念来表示。光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。在黑体辐射中，随着温度不同，光的颜色各不相同，黑体呈现由红——橙红——黄——黄白——白——蓝白的渐变过程。某个光源所发射的光的颜色，看起来与黑体在某一个温度下所发射的光颜色相同时，黑体的这个温度称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。 某些放电光源，它发射光的颜色与黑体在各种温度下所发射的光颜色都不完全相同。所以在这种情况下用“相关色温”的概念。光源所发射的光的颜色与黑体在某一温度下发射的光的颜色最接近时，黑体的温度就称为该光源的相关色温。 光速= 波長×頻率〈v = f ×λ〉，頻率= 1/週期〈f = 1╱T 〉；所以波長= 光速×週期〈λ= v ×T〉 當光速一定時,波長和週期成正比. 當光進入一個介質後，速度會變慢，但頻率不變，只有波長會改變 力學波 波長:1個全波的長度.波峰到波峰的距離.波谷到波谷的距離 ˙常用單位:m cm ˙波僅傳遞能量.於介質仍不受影響,僅在附近來回振動 1.振動週期: (1)定義:做一次完整振動所需時間 (2)符號:T (3)單位: 秒/次 2.振動頻率: (1)定義:每秒所做的完整振動次數 (2)符號:f (3)單位:次/秒，1/秒、赫、赫茲(Hz) (4)振幅:介質偏移平衡位置之最大距離.偏離愈大,波可傳愈遠,響度(dB)愈大 3.週期與頻率之關係:週期與頻率互為倒數關係 ˙公式: f=1/T 、T=1/f 、T*f=1 4.波速(v):波形傳播的速度 (1)單位:公尺/秒、公分/秒 (2)公式: v=f*λ=λ/T (3)受影響之因素: 介質種類 介質狀態[粗細.溫度....，與振動快慢、大小無關=>介質種類.狀態相同,波速相同] ∵v=f*λ=λ/T =>v一定.f加倍λ減半 =>頻率.波長正比。波長.週期反比 5.空氣中的聲速: (1) v=330+0.6*t (t為溫度) (2)影響空氣中聲速的因素: 溫度-溫度愈高.聲速愈快 溼度-溼度愈大.聲速愈快 順.逆風-順風快 (3)固體傳播速度大於液體 (4)回聲.原聲: 波速相同 頻率相同 波長相同 週期相同 能量損耗=>振幅變小.方向改變(5)反射定律 入設角=反射角 紅外線不可見光波長780~3000nm 紅光波長625~690nm 橙紅光波長610~617nm 琥珀光波長585~600nm 黃光波長545~580nm 綠光波長510~540nm 青光波長490~505nm 藍光波長455~480nm 紫光波長380~440nm 紫外線不可見光波長100~380nm 如果波傳播時『介質振動方向』和『波前進方向』垂直的波就是『橫波』，其所形成的波形會成為一個一個高低的峰谷狀，所以又稱之為『高低波』。 如果波傳播時『介質振動方向』和『波前進方向』平行的波就是『縱波』，所形成的波形會成為一疏一密的間隔狀，所以又稱之為『疏密波』。 可见光的范围 开放分类：物理、光学 可见光指能引起视觉的电磁波。可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色；0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。 可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电磁波。正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域 人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。 1666 年，英国科学家牛顿第一个揭示了光的色学性质和颜色的秘密。他用实验说明太阳光是各种颜色的混合光，并发现光的颜色决定于光的波长。下图列出了在可见光范围内不同波长光的颜色。 不同波长光线的颜色（见图） 为对光的色学性质研究方便，将可见光谱围成一个圆环，并分成九个区域（见图），称之为颜色环。颜色环上数字表示对应色光的波长，单位为纳米（nm），颜色环上任何两个对顶位置扇形中的颜色，互称为补色。例如，蓝色（435 ～480nm ）的补色为黄色（580 ～595nm ）。通过研究发现色光还具有下列特性：（l ）互补色按一定的比例混合得到白光。如蓝光和黄光混合得到的是白光。同理，青光和橙光混合得到的也是白光；（2 ）颜色环上任何一种颜色都可以用其相邻两侧的两种单色光， 可见光的范围 光学 开放分类：物理、 可见光指能引起视觉的电磁波。可见光的波长范围在0.77～0.39微米之间。波长不同的电磁波，引起人眼的颜色感觉不同。0.77～0.622微米，感觉为红色；0.622～0.597微米，橙色； 0.597～0.577微米，黄色；0.577～0.492微米，绿色；0.492～0.455微米，蓝靛色；0.455～0.39微米，紫色。 可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的 电磁波的波长在400到700纳米之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380到780纳米之间的电 磁波。正常视力的人眼对波长约为555纳米的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域 人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁波辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。不少其他生物能看见的光波范围跟人类不一样，例如包括蜜蜂在内的一些昆虫能看见紫外线波段，对于寻找花蜜有很大帮助。 1666 年，英国科学家牛顿第一个揭示了光的色学性质和颜色的秘密。他用实验说明太阳光是各种颜色的混合光，并发现光的颜色决定于光的波长。下图列出了在可见光范围内不同波长光的颜色。 不同波长光线的颜色（见图） 为对光的色学性质研究方便，将可见光谱围成一个圆环，并分成九个区域（见图），称之为颜色环。颜色环上数字表示对应色光的波长，单位为纳米（nm），颜色环上任何两个对顶位置扇形中的颜色，互称为补色。例如，蓝色（435 ～480nm ）的补色为黄色（580 ～595nm ）。通过研究发现色光还具有下列特性：（l ）互补色按一定的比例混合得到白光。如蓝光和黄光混合得到的是白人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列
每种颜色的光与波长的对应值
光速=波长×频率
可见光的范围
可见光的范畴