波长

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第111页（2037字）

用于长度标准的标准器应满足稳定性和在一定条件下的复现性这两个基本要求。随着生产和科研对长度标准的稳定性和复现性要求的不断提高，长度标准由国际米原器、镉红光波长、氪原子发展到现行的激光波长，其稳定性逐步改善。依据这个定义方案，波长的稳定性转化为频率的稳定性：，即基准波长在工作期间的频率变化△v与频率v之比；其复现性是指在相同条件下某种光源(激光)发出的光波与同型号的标准光源(激光)发出的光波的频率差或同一光源在不同时间工作频率之差。使用稳频激光光源不仅可获得高度集中的能量束，而且可获得单色性很好的光波，相干长度达几十公里，波长重复的稳定性达10^－13，这为实际长度量的复现方法提供了保证。

用激光波长作为长度基准时，其复现性决定了测量长度的精度，因此必须采取稳频措施。造成激光器频率变化的外部因素主要是温度、振动和大气影响，在采取普通的稳频措施，如恒温、防震和密封以后，其稳定度可提高一个数量级，达10^－8。常用的几种稳频方法有：兰姆下陷法、塞曼效应法、干涉腔法和饱和吸收法。

兰姆下陷法的稳频原理是利用兰姆下陷现象，利用激光器功率在兰姆下陷处为一极小值与标准频率(鉴频器)，通过负反馈控制系统驱动压电陶瓷调节腔长以补偿外界因素所造成的腔长变化，用兰姆下陷稳频，其频率稳定度可达10^－9，复现性为10^－7，满足一般精密计量要求。因这种方法结构简单，它在一些工业及科研方面被广泛采用。

塞曼效应法稳频的原理是在氦氖激光器上加上纵向磁场，由于塞曼效应，使激光输出左圆偏振光和右圆偏振光，比较左旋光和右旋光的光强，改变谐振腔长，调正谐振频率，达到稳频目的。

干涉腔稳频法是在激光器外附加一个法珀腔(谐振谱线宽度很窄的光学鉴频器)，比较法珀腔的谐振频率与激光器的谐振频率，用误差信号控制激光器腔长，将激光振荡频率稳定在谱线中心。在一般实验条件下可以达到2×10^－9的稳定度。

饱和吸收稳频法是用一个外腔管，在腔内再装一个吸收管，吸收管内充的气体在激光振荡频率处有一尖锐的吸收峰(即所谓的反兰姆下陷现象)，其宽度比兰姆下陷的宽度更窄，且峰值很稳定，能达到很好的稳频效果。表3．2－1列出了几种饱和吸收介质、相应的匹配激光器。

表3．2－1 饱和吸收稳频激光器

1973年米定义咨询委员会第五次会议上，推荐甲烷和碘饱和吸收稳定的氦氖激光器发射的波长复现米定义。用碘饱和吸收稳定的He－Ne激光器的波长作为基准的优点在于：该波长在可见光领域(λ=632．991399nm)，与辐射的基准波长605．7nm十分接近，又与在精密计量中广泛使用的633nmHe－Ne激光器波长基本一致。

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