今天講幾個(gè)光學(xué)的基本概念：波長(zhǎng)，振幅，相位，譜寬，帶寬，脈寬；

波長(zhǎng)：一個(gè)完整周期的光波長(zhǎng)度；

小波長(zhǎng)和大波長(zhǎng)：

振幅：光子運(yùn)動(dòng)時(shí)，垂直于前進(jìn)方向的橫截面上，上下運(yùn)動(dòng)的幅度；

小振幅和大振幅：

頻率：光速/波長(zhǎng)，也可理解為單位長(zhǎng)度上，完整周期的波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)；

比如上圖，相同的長(zhǎng)度，上面有10個(gè)波長(zhǎng)，下面只有2個(gè)波長(zhǎng)，故而上面的光波頻率高（波長(zhǎng)短），下面光波頻率低（波長(zhǎng)長(zhǎng)）；

注意：之所以這樣解釋，是為了更通俗易懂，嚴(yán)格意義上，這應(yīng)該是波數(shù)的定義，單位長(zhǎng)度取2π的話，波數(shù)k=2π/λ；

頻率f和波長(zhǎng)λ可以通過波速（v）來聯(lián)系起來，v=fλ；

因光在真空中的光速為C（3*10⁸m/s），故有C=fλ；

也許有小伙伴會(huì)問，那根據(jù)光速C定義的波長(zhǎng)，在經(jīng)過不是真空介質(zhì)時(shí)，波長(zhǎng)是不是會(huì)變？

恭喜你答對(duì)了！

話題拉回來，頻率跟波長(zhǎng)是成反比的關(guān)系；

相位：光波在空間的位置分布；

圓周和正弦波的空間位置關(guān)系：

可以看出，一個(gè)完整的正弦波周期，對(duì)應(yīng)的相位是2π，相位是指特定時(shí)刻，上坡/下坡的狀態(tài)；

光波的傳播：

類似水波的傳播：

一圈圈“漣漪”便是一個(gè)個(gè)水波；

小“漣漪”是小振幅，大“漣漪”是大振幅；

“清風(fēng)徐來，水波不興”，是小振幅；

“驚濤拍岸，卷起千堆雪”，是大振幅；

各種波長(zhǎng)的光波：

波長(zhǎng)，振幅，相位，都是描述光波在時(shí)間維度（時(shí)域）上的空間分布的現(xiàn)象；

將時(shí)域和頻域信息集合在一起來看光波：

時(shí)域，是在時(shí)間的維度來看光波，振幅、相位信息在時(shí)域會(huì)比較容易直觀地觀察到；

頻域，是在頻率的維度來看光波，將光波分解成不同頻率的集合，比如譜寬（光譜寬度）在頻域就比較容易測(cè)得；

波長(zhǎng)，振幅，相位，頻率，在時(shí)域-頻域上的關(guān)系：

時(shí)域—>頻域，通常采取傅立葉變換的方式；

當(dāng)然，在時(shí)域，也不是不能測(cè)光譜；

比如，光在不同介質(zhì)中的折射率不同，導(dǎo)致不同顏色（不同頻率/也可以說不同波長(zhǎng)）的光在通過介質(zhì)時(shí)，發(fā)生不同程度的折射，這就是色散現(xiàn)象；

利用色散可以將不同頻率的光分開，但是光路會(huì)非常復(fù)雜，還涉及分辨率、信噪比等一系列的技術(shù)參數(shù)問題。

而在頻域，這就相對(duì)容易多了，感興趣可參考：傅立葉變換是什么？MTF；

關(guān)于頻域，光器件的典型應(yīng)用，是測(cè)光譜，比如中心波長(zhǎng)、譜寬：

在頻域上，測(cè)量譜寬（Spectral Width，不同頻率的光譜的寬度）是很方便的；

FP的頻譜圖和DFB頻譜圖：

可以看出，無論FP，還是DFB，皆是由多縱模（縱模是相對(duì)橫模而言的概念，橫模是指的時(shí)域的光強(qiáng)空間分布形態(tài)），即多頻率的光組成的，只不過是DFB將次模（中心波長(zhǎng)以外頻率的光）通過光柵將其出光功率抑制到1/1000以下（-20dB）；

不同波長(zhǎng)的電磁波（光波是電磁波中的一類，通常將紫外—>紅外的波段叫光波），按名稱分類：

Y射線，即伽瑪射線，常見的應(yīng)用：用作文物鑒定中，進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)；

X射線的應(yīng)用：機(jī)場(chǎng)、火車站的安全檢查；

紫外線的應(yīng)用：美容，比如指甲油固化燈；

需要說明的是紫外線是肉眼看不到的，之所以能看到紫色的光，是因?yàn)榧恿藷晒馕镔|(zhì)，吸收紫外線后發(fā)出的紫色可見光；

類似的應(yīng)用，還有光器件的UV膠固化燈；感興趣可參考：光器件的膠水工藝

可見光的應(yīng)用：手機(jī)，其實(shí)肉眼可看見的光學(xué)系統(tǒng)如望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等都是可見光范疇；

紅外線的應(yīng)用：光通信的光器件，可參考：TO56光學(xué)設(shè)計(jì)及工藝；

車載激光雷達(dá)，可參考：籍由激光雷達(dá)Lidar談?wù)凢OV；

微波的應(yīng)用：微波爐；

無線電波的應(yīng)用：藍(lán)牙、WiFi；

不同波長(zhǎng)的電磁波，都有各自的特點(diǎn)，可應(yīng)用在不同的領(lǐng)域；

以半導(dǎo)體激光器為例，不同的三五族化合物大致上決定了材料發(fā)光的范圍，比如：

基于砷化鎵 GaAs的近紅外波段（760~1060 nm）半導(dǎo)體激光器 ，可用于工業(yè)激光器，其應(yīng)用及整形光學(xué)設(shè)計(jì)，可參考：快軸/慢軸準(zhǔn)直透鏡FAC+SAC光學(xué)設(shè)計(jì)及應(yīng)用；

基于磷化銦（InP）的DFB（分布式反饋激光器，1271nm /1291nm /1311nm /1331nm）可以實(shí)現(xiàn)25G及以下速率，原理及用其封裝而成的光器件，可參考：DFB激光器，DFB激光器的縱模譜，光學(xué)設(shè)計(jì)&工藝，TO56光學(xué)設(shè)計(jì)及工藝，TO38光學(xué)設(shè)計(jì)及封裝工藝，

基于銦鎵砷InGaAs的光電探測(cè)器（1310nm，1490nm，1550nm），原理及其封裝而成的光器件，可參考：PD的速率與光敏面，同軸封裝 TO46，TO46光學(xué)設(shè)計(jì)及其工藝；

基于硅Si的AWG（陣列波導(dǎo)光柵，1271nm /1291nm /1311nm /1331  nm），可參考：陣列波導(dǎo)光柵AWG，AWG 續(xù)（一）；

根據(jù)信號(hào)的調(diào)制方式，激光器可以發(fā)射連續(xù)光，也可以發(fā)射脈沖光；

連續(xù)激光：

連續(xù)激光在時(shí)域-頻域上的表現(xiàn)形式為：

脈沖激光：

脈沖激光在時(shí)域-頻域的表現(xiàn)形式為：

可以看出，脈沖是時(shí)域上的參數(shù)，不過是激光間斷性地開/關(guān)，其頻譜跟連續(xù)激光是一樣的；

在需要發(fā)射高功率密度激光的場(chǎng)景，比如工業(yè)領(lǐng)域的大功率激光器，通常會(huì)使用脈沖激光，因?yàn)槊}沖激光器能夠在非常短的時(shí)間內(nèi)，發(fā)射較高的光能量；

為什么需要使用脈沖激光呢？因?yàn)榧す馄餍枰?，在需要發(fā)射較大光功率時(shí)，激光器發(fā)熱嚴(yán)重，脈沖激光不發(fā)光的時(shí)候，就是給激光器預(yù)留散熱時(shí)間的，否則，連續(xù)工作的話，會(huì)燒壞激光器的；

因此脈沖激光有個(gè)參數(shù)，叫占空比；

占空比=脈沖寬度/1個(gè)周期；

且可以看出，脈寬（脈沖寬度，Pulse Width）的單位，是時(shí)間；

激光器在實(shí)際工作的時(shí)候，不可能剛一上電，立刻就發(fā)射激光，也不會(huì)剛一關(guān)電，立刻就沒光，會(huì)有一個(gè)上升時(shí)間和下降時(shí)間的“爬坡/下坡”過程，故而真實(shí)的脈沖，不是方波，而是以下的正弦波：

重頻：重復(fù)頻率，即前文所述的1個(gè)周期的倒數(shù)，周期的單位是時(shí)間s，而重頻的單位則是赫茲Hz；

假設(shè)一個(gè)脈寬的總光功率為Ppulse，則：

峰值功率為：Ppulse/脈寬；

平均功率為：Pavg=Ppulse/周期=Ppulse*重頻；

關(guān)于帶寬的概念，正常情況下，指的是信號(hào)可傳輸?shù)念l率范圍，而光學(xué)指標(biāo)中的帶寬，通常指的是譜寬；

所以帶寬是頻域的概念，脈寬是時(shí)域的概念，而波長(zhǎng)則是時(shí)域概念里，光波隨著時(shí)間在空間分布的形態(tài)，也屬于時(shí)域的概念；

看似帶寬和脈寬之間是獨(dú)立的，沒啥關(guān)系；

但實(shí)際上帶寬和脈寬之間是存在一個(gè)基本限制的，用時(shí)間-帶寬積TBP（Time-Bandwidth Product）來表示，比如高斯脈沖的TBP大約為0.44；

那么，帶寬越寬，脈沖越窄；

反之，帶寬約窄，脈沖越寬；

通常所說的脈沖激光器，是指單個(gè)激光脈沖寬度小于0.25秒；

脈寬有毫秒（ms）、微秒（μs）、納秒（ns）、皮秒（ps）、飛秒（fs）等各種量級(jí)。

這些量級(jí)的換算關(guān)系為：

1秒（s） = 1000毫秒（ms）

1毫秒（ms）= 1000微秒（μs）= 10^-3秒

1微秒（μs） = 1000納秒（ns）= 10^-6秒

1納秒（ns）= 1000皮秒（ps）= 10^-9秒

1皮秒（ps）=  1000飛秒（fs）=10^-12秒

1飛秒（fs）=10^-15秒

1飛秒是一秒的一千萬億分之一。

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