
【化】 monochromaticity
【計】 black and white; monochrome
單色性(Monochromaticity)是光學領域描述電磁波波長純淨程度的核心參數,指光源發射光波的波長分布範圍狹窄特性。該術語對應英文"monochromaticity",詞根"mono-"(單一)與"chroma"(顔色)共同構成其語言學特征,在《牛津科技大辭典》中被定義為"輻射能量集中在極窄波長範圍内的特性"。
高單色性光源在激光技術中具有關鍵應用價值,以氦氖激光器為例,其譜線寬度可窄至10^-8納米量級,相較白熾燈約500納米的譜寬,單色性提升超過10倍。這種特性使得激光在精密測量、全息成像等領域不可替代,美國國家标準與技術研究院(NIST)在2023年發布的《光學計量白皮書》中特别強調了單色性參數對幹涉測量精度的影響。
專業領域常用相幹長度L=λ²/(Δλ)量化單色性,其中λ為中心波長,Δλ為譜線半高寬。該公式顯示當光譜寬度Δλ趨近于零時,相幹長度趨向無窮大,印證了理想單色光應具備無限相幹性的物理本質。國際照明委員會(CIE)官網的技術文檔指出,實際工程中需在單色性強度與功率輸出間尋求平衡。
單色性是指光源發出的光在頻率或波長分布上的純淨程度,通常用光譜線寬(即頻率或波長的範圍)來衡量。以下是詳細解釋:
單色性描述的是光波的頻率或波長單一性。理想單色光的頻率完全确定,但實際光源發出的光總包含一定範圍的頻率成分。單色性越好,頻譜分布越窄,光的顔色越“純淨”。例如,激光的線寬可窄至$10^{-11}$微米(如氦氖激光器),而普通白熾燈的線寬寬得多。
單色性通常用以下公式表示: $$ frac{Delta u}{ u_0} quad text{或} quad frac{Delta lambda}{lambda_0} $$ 其中$ u_0$和$lambda_0$為中心頻率與波長,$Delta u$和$Delta lambda$為頻率與波長的線寬。比值越小,單色性越優。
激光因以下特性具有極佳的單色性:
普通光源(如白熾燈)因自發輻射産生寬頻譜,單色性差;激光通過受激輻射和諧振腔過濾實現窄線寬,單色性可比普通光源高$10$倍以上。
高單色性使激光在精密測量(如引力波探測)、光譜分析和光通信等領域不可或缺。例如,在幹涉儀中,窄線寬能顯著提升測量精度。
提示:如需了解不同光源的具體線寬數據或更專業的物理推導,可參考(中等權威性)和(極高權威性)的原始内容。
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