光频标准

[拼音]：guang pin biaozhun

[外文]：optical frequency standard

光频段或红外频段的频率标准。早在20世纪30年代，人们就用石英晶体振荡器作为射频段的频率标准。40年代出现了原子（分子）频标。这种频标利用原子或分子的量子跃迁频率作为基准，工作在微波频段，频率稳定度和准确度都大为提高(见量子频率标准)。60年代，激光器问世后，人们把这种原理应用于红外和可见光频段，制成光频标。光的频率比微波频率高几万倍，因此，光频标的相对稳定度和准确度都相应提高。

光频标通常利用腔内饱和吸收技术。以工作在 633纳米的碘稳定氦氖激光器为例，其原理如图。激光腔内放置一碘蒸汽吸收室。由于碘在 633纳米附近有丰富的吸收谱线，根据饱和吸收原理，在激光输出功率的调谐曲线上会出现许多窄共振峰。通过电子控制回路，可以把激光频率锁定在某一共振峰的中心频率上。控制元件是固定在腔反射镜后的压电晶体。当激光频率偏离共振峰中心时便产生误差信号，这一信号经处理后用于控制腔长，使频率锁定到峰的中心位置上。这样制成的光频标，频率稳定度和复现性都在10^-11量级。此后，又发展了腔外吸收稳频技术，使光频标的频率稳定度和复现性进一步提高，可达10^-13量级。

由于光的频率很高，过去难以直接测量，通常用干涉方法测量光频标谱线的波长，并用波长的倍数作为长度基准。60年代末出现的光频测量技术，能准确地直接测量光频标的频率。为此，必须建立一条从微波频标（铯原子频标）到光频标的频率测量链。链中包括一系列不同振荡频率的激光器，如远红外激光器、CO₂激光器、色心激光器和氦氖激光器等。利用倍频、混频和锁相技术，把微波频标的频率与这些激光器的频率互锁起来，利用铯原子频标测量光频标的频率。已有几个国家建立了这条链，测量光频的准确度已达10^-10～10^-11。

由于光波的频率 f、波长 λ与真空中光速 c之间的关系为 fλ＝c，既然光的频率可以准确测量，在规定c值后就可导出准确的波长值来。1983年10月，第17届国际计量大会通过了新的米的定义：“米是光在真空中在1/299792458秒的时间间隔内行程的长度。”同时，推荐了五条稳定激光谱线作为复现米的标准谱线（见表）。由于定义的开放性，以后还可补充其他新的谱线。同时，氪86、镉114和汞198的光谱线波长标准值仍可使用，但精度为10^-8量级。

光频标可作为光频段的频率或波长标准，对于各种精密的光学测量和计量具有重要意义，在其他精密测量中也得到广泛应用。

围绕光频标的研制和应用，人们正在进行大量的研究工作：

（1）研究辐射场与原子、分子的细致的相互作用，如光子反冲效应、相对论效应等；

（2）利用高稳定激光进行光速恒定性的研究，验证相对论实验和探测引力波；

（3）研究某些原子、分子的超高分辨率光谱。

参考书目

1. 莱托克霍夫等著，沈乃澂译：《非线性激光分光镜》，科学出版社，北京，1984。(V.　S.　Letokhov， V. P.Chebotayev，Nonlinear Laser Spectroscopy， Springer-Verlag， Berlin，Heidelberg，1977.)

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