一，波長(zhǎng)的定義

激光波長(zhǎng)代表著激光所攜帶的電磁波的波長(zhǎng)。與其他類(lèi)型的光相比，激光的一個(gè)重要特征是它是單色光，也就是說(shuō)它的波長(zhǎng)是非常純凈的，并且只有一個(gè)明確的頻率。這是因?yàn)榧す馄髦兴褂玫姆糯蠼橘|(zhì)和激發(fā)方式等因素可以限制光子只在一個(gè)確定的波長(zhǎng)上振動(dòng)。激光波長(zhǎng)的具體數(shù)值與激光器結(jié)構(gòu)及所使用材料等因素有關(guān)，對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求，可以選擇不同波長(zhǎng)的激光來(lái)實(shí)現(xiàn)需要的功能。例如，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、通訊、醫(yī)療、材料加工等領(lǐng)域，針對(duì)不同的介質(zhì)和反射性能，會(huì)選擇不同波長(zhǎng)的激光。

激光不同波長(zhǎng)的區(qū)別:

紅光激光的波長(zhǎng)一般為630nm-680nm之間，發(fā)出的光就是紅色的，也是最常見(jiàn)的激光（主要用于醫(yī)療哺光儀領(lǐng)域等）；

綠光激光器的波長(zhǎng)一般在532nm左右，（主要用于激光測(cè)距領(lǐng)域等）；

藍(lán)色激光波長(zhǎng)一般在400nm-500nm之間（主要用于激光手術(shù)和雕刻領(lǐng)域等）；

紫外激光在350nm-400nm之間（主要用于生物醫(yī)學(xué)和材料加工領(lǐng)域等）；

紅外激光是最特殊的，按照波長(zhǎng)范圍和應(yīng)用領(lǐng)域的不同，紅外激光波長(zhǎng)一般位于700nm-1mm之間的范圍內(nèi)。可以將紅外波段進(jìn)一步分為近紅外（NIR）、中紅外（MIR）和遠(yuǎn)紅外（FIR）三個(gè)子波段。近紅外波長(zhǎng)范圍大約在750nm-1400nm之間，應(yīng)用廣泛，例如光纖通信、生物醫(yī)學(xué)成像和紅外夜視設(shè)備等。中紅外波長(zhǎng)范圍大約在1,400 nm-10,000nm之間，常用于檢測(cè)分析、光譜學(xué)和熱成像等領(lǐng)域。遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)范圍大約在10,000nm至1mm之間，應(yīng)用于遠(yuǎn)程控制、遙感和半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域。

需要注意的是，激光器發(fā)出的光具有單一的波長(zhǎng)，這就意味著在光學(xué)上，激光是一種高度聚焦的光束，其能量密度比其他波長(zhǎng)的光束要高得多。由于激光能夠聚焦到很小的點(diǎn)上，其在許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，例如激光制造、醫(yī)療和通信等。因此，研究和控制激光波長(zhǎng)是激光技術(shù)和應(yīng)用的核心內(nèi)容之一。

二、波長(zhǎng)的分類(lèi)

激光波長(zhǎng)分為中心波長(zhǎng)和峰值波長(zhǎng)，兩者在定義和屬性上有較大區(qū)別。

中心波長(zhǎng)指激光輸出的波長(zhǎng)分布的中心位置，也稱為平均波長(zhǎng)或中心頻率。它是指激光波長(zhǎng)分布的中心位置，可以通過(guò)激光輸出的傳感器或者光譜儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)出了λ2為最大相對(duì)光譜強(qiáng)度50%處對(duì)應(yīng)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)再減去測(cè)出了λ1為最大相對(duì)光譜強(qiáng)度50%處對(duì)應(yīng)的最短波長(zhǎng)的值除以2就是中心波長(zhǎng)。

在光譜分析中，中心波長(zhǎng)是描述激光波長(zhǎng)特征的指標(biāo)之一。對(duì)于具有單一波長(zhǎng)的激光，其中心波長(zhǎng)等于激光的峰值波長(zhǎng)。但是，對(duì)于具有波長(zhǎng)分布的激光而言，激光的中心波長(zhǎng)就是波長(zhǎng)分布曲線的重心位置。中心波長(zhǎng)通常用納米（nm）或皮秒（ps）等單位來(lái)表示。激光的中心波長(zhǎng)是衡量激光輸出波長(zhǎng)性質(zhì)的重要參量之一，在很多領(lǐng)域中都有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，光通信中，不同波長(zhǎng)的激光被用于實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)分立多路復(fù)用（WDM）技術(shù)，而中心波長(zhǎng)是衡量不同波長(zhǎng)激光特性的一個(gè)重要參量。在激光醫(yī)療、激光加工等領(lǐng)域中，激光的中心波長(zhǎng)對(duì)于確定激光的特性和作用方式也有很重要的作用。

峰值波長(zhǎng)是指輸出波長(zhǎng)分布曲線中具有最大輸出功率的波長(zhǎng)位置，也稱為最大功率波長(zhǎng)。在光譜分析中，峰值波長(zhǎng)是激光波長(zhǎng)的一個(gè)重要參數(shù)。測(cè)試峰值波長(zhǎng)需要使用單色儀、光譜儀或波長(zhǎng)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，找出激光峰值波長(zhǎng)，然后需要進(jìn)行十次或十次以上進(jìn)行計(jì)算總值再乘以激光束主譜線峰值波長(zhǎng)再除以測(cè)量的次數(shù)就是峰值波長(zhǎng)。對(duì)于單色激光，峰值波長(zhǎng)就是激光的波長(zhǎng)。然而，在波長(zhǎng)分布較廣的激光中，峰值波長(zhǎng)可能處于波長(zhǎng)分布曲線的較寬部分，因此它并不能完全代表激光的波長(zhǎng)性質(zhì)。對(duì)于這種波長(zhǎng)分布較寬的激光，其波長(zhǎng)性質(zhì)需要用波長(zhǎng)分布曲線的其它參數(shù)來(lái)描述，如中心波長(zhǎng)、半高全寬等。

在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，激光的峰值波長(zhǎng)對(duì)于確定在哪個(gè)波長(zhǎng)下進(jìn)行激光處理的非常重要。舉例來(lái)說(shuō)，在激光切割中，不同材料需要使用不同波長(zhǎng)的激光進(jìn)行切割，這就需要根據(jù)材料的特性和激光的特性確定合適的激光峰值波長(zhǎng)。

三、波長(zhǎng)相關(guān)的重要性能表征參數(shù)

激光的帶寬、線寬、邊模抑制比和譜寬是屬于激光器的性能參數(shù)。這些參數(shù)用于描述激光器輸出光的頻率或波長(zhǎng)分布范圍，是評(píng)估激光器性能和應(yīng)用性能的重要指標(biāo)。

其中，帶寬和線寬用于描述激光器輸出信號(hào)在頻率上的分布范圍和穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于光通信和光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域；

譜寬則用于描述激光器輸出光的單色性和窄度，主要應(yīng)用于光學(xué)制導(dǎo)、激光醫(yī)療等領(lǐng)域。

這些激光器性能參數(shù)的大小和要求會(huì)根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域和需求而有所差異，因此在激光應(yīng)用和設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行精確的控制和調(diào)節(jié)。

帶寬是指在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)所包含的頻率范圍。在通信領(lǐng)域，帶寬通常指頻率帶寬，即信號(hào)在頻率上的展寬程度。由于波長(zhǎng)和頻率之間具有互為倒數(shù)的關(guān)系，因此在光學(xué)通信領(lǐng)域中，波長(zhǎng)帶寬也有相應(yīng)的定義。在數(shù)字通信中，帶寬通常是用來(lái)衡量通信信道有效的數(shù)據(jù)傳輸速率。帶寬越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率就越快。在無(wú)線通信中，帶寬也是一個(gè)需要考慮的因素，因?yàn)閹挼南拗茣?huì)對(duì)無(wú)線信號(hào)的傳輸速率和距離產(chǎn)生影響。在光纖通信中，波長(zhǎng)的帶寬通常是指一個(gè)波長(zhǎng)所能承載的數(shù)據(jù)傳輸速率。

線寬是指激光器輸出光的波長(zhǎng)在頻率或能量上分布的范圍，也叫做譜線寬度。利用干涉儀對(duì)激光波長(zhǎng)帶寬進(jìn)行測(cè)量?？梢允褂酶缮鎯x進(jìn)行測(cè)試，原理是利用光波的干涉現(xiàn)象測(cè)量光的性質(zhì)。當(dāng)兩束光交叉時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉條紋，通過(guò)對(duì)條紋形態(tài)進(jìn)行分析，可以得到光波的相位和頻率等信息。將激光束引入到干涉儀中，可以根據(jù)干涉條紋的寬度和形狀等特征計(jì)算出激光波長(zhǎng)帶寬。還可以使用光譜儀測(cè)量激光波長(zhǎng)帶寬。將激光束引入光譜儀中，可以得到激光輸出的光譜曲線。根據(jù)光譜曲線的寬度和形狀等特征，可以計(jì)算出激光波長(zhǎng)帶寬。在光譜學(xué)中，譜線寬度是波峰的全寬度，表示光的頻率差異在時(shí)間和空間上的展寬程度。激光波長(zhǎng)的線寬越窄，說(shuō)明該激光器所產(chǎn)生的光譜非常窄、單色性好。線寬與激光器本身的特性有關(guān)，如激光器的諧振腔長(zhǎng)度、反射率、激光介質(zhì)的特性等。此外，激光波長(zhǎng)的線寬還會(huì)受到激光器使用環(huán)境因素的影響，如激光器電流、溫度等參數(shù)的變化等。線寬是激光輸出光的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵，如光通信、光儲(chǔ)存、激光醫(yī)療、光子學(xué)、光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域。因此，為了獲得窄線寬的激光，需要選擇高質(zhì)量的激光器和穩(wěn)定的工作環(huán)境，并采取適當(dāng)?shù)目刂剖侄危缂訜崞骱头答伩刂频取?/p>

譜寬是指激光器輸出的光的波長(zhǎng)范圍，廣義上指光譜分布在波長(zhǎng)軸上的范圍。由于激光產(chǎn)生的光通常是單色的，所以其光譜分布的范圍很窄，因此譜寬也一般很窄，通常在納米或者亞納米級(jí)別。最大相對(duì)光譜強(qiáng)度50%對(duì)應(yīng)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)減去大相對(duì)光譜強(qiáng)度50%對(duì)應(yīng)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)就是激光波長(zhǎng)的譜寬。激光波長(zhǎng)的譜寬度主要由激光器的諧振腔的特性、激光介質(zhì)等因素決定，一般是一個(gè)固定值。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，激光器輸出的波長(zhǎng)會(huì)受到一些因素的影響，如激光器的溫度、泵浦功率、電流等因素，這些因素會(huì)導(dǎo)致激光器的諧振腔長(zhǎng)度或介質(zhì)折射率等發(fā)生變化，進(jìn)而影響激光波長(zhǎng)的譜寬度。在光通信中，要求激光的譜寬盡量窄，以達(dá)到高速傳輸?shù)囊?。在激光光譜分析、光學(xué)制導(dǎo)等應(yīng)用中，需要對(duì)激光的譜寬進(jìn)行精確的控制和調(diào)節(jié)。

邊模抑制比指的是激光輸出波長(zhǎng)中，主模峰值和邊模峰值之間的比值，用來(lái)評(píng)估激光輸出波長(zhǎng)的干凈度和單色性。主模峰值是激光輸出的最強(qiáng)的頻率分量，而邊模峰值則指激光輸出波長(zhǎng)分布曲線中次于主模峰值的頻率分量。邊模抑制比越高，代表激光輸出的單色性越好，邊模分量的輸出功率越小。邊模抑制比計(jì)算公式如下：SMSR = 10 × log10 (Pmain / Pside)，其中Pmain是主模峰值的光功率，而Pside是次于主模峰值的邊模峰值的光功率。因此，邊模抑制比的數(shù)值越大，代表激光的單色性越好，邊模分量的輸出功率越小。如果一個(gè)激光的主模峰值功率為1 mW，次于主模的邊模峰值功率為10 μW，則其邊模抑制比為10 ×log10 (1/0.01) = 20 dB。意味著邊模的功率相比主模的功率只有1%左右，該激光的輸出為高質(zhì)量的單色激光。

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