波长，振幅，相位，谱宽，带宽，脉宽

波长，振幅，相位，谱宽，带宽，脉宽

本文将介绍光学中的几个基本概念：波长、振幅、相位、谱宽、带宽和脉宽。这些概念不仅是光学理论的基础，也是现代科技应用的重要组成部分。

波长

波长是指一个完整周期的光波长度。在光波中，小波长对应高频光，大波长对应低频光。

振幅

振幅是指光子运动时，垂直于前进方向的横截面上，上下运动的幅度。振幅的大小决定了光波的能量强度。

频率

频率是光速与波长的比值，也可以理解为单位长度上完整周期的波长个数。频率与波长成反比关系，即频率越高，波长越短。

相位

相位描述了光波在空间的位置分布。一个完整的正弦波周期对应的相位是2π，相位反映了光波在特定时刻的上坡或下坡状态。

光波的传播类似于水波的传播，其中小“涟漪”对应小振幅，大“涟漪”对应大振幅。

时域与频域

时域是从时间维度观察光波，容易直观地观察到振幅和相位信息；频域是从频率维度观察光波，便于测量谱宽等参数。时域和频域之间的转换通常采用傅立叶变换。

谱宽

谱宽（光谱宽度）是在频域上测量不同频率光谱的宽度。FP（法布里-珀罗腔）和DFB（分布式反馈激光器）的频谱图显示了多纵模的特性，其中DFB通过光栅将次模的出光功率抑制到较低水平。

不同波长的电磁波

电磁波谱涵盖了从伽玛射线到无线电波的多个波段，每个波段都有其特定的应用领域：

• 伽玛射线：用于文物鉴定中的化学物质检测
• X射线：用于机场、火车站的安全检查
• 紫外线：用于美容和光器件的UV胶固化
• 可见光：用于手机、望远镜、显微镜等
• 红外线：用于光通信和车载激光雷达
• 微波：用于微波炉
• 无线电波：用于蓝牙、WiFi等无线通信

半导体激光器

半导体激光器的材料决定了其发光波段：

• 砷化镓（GaAs）：近红外波段（760~1060 nm），用于工业激光器
• 磷化铟（InP）：DFB激光器（1271nm /1291nm /1311nm /1331nm），用于25G及以下速率
• 铟镓砷（InGaAs）：光电探测器（1310nm，1490nm，1550nm）
• 硅（Si）：AWG（阵列波导光栅）

连续激光与脉冲激光

• 连续激光：在时域-频域上的表现形式为连续波形
• 脉冲激光：在时域-频域上的表现形式为间断的脉冲，需要考虑脉宽、占空比和重频等参数

带宽与脉宽

带宽是频域的概念，脉宽是时域的概念。它们之间存在时间-带宽积（TBP）的关系，例如高斯脉冲的TBP约为0.44。带宽越宽，脉冲越窄；反之，带宽越窄，脉冲越宽。

脉宽的量级

脉宽的量级包括毫秒（ms）、微秒（μs）、纳秒（ns）、皮秒（ps）和飞秒（fs）。这些量级的换算关系如下：

• 1秒（s） = 1000毫秒（ms）
• 1毫秒（ms）= 1000微秒（μs）= 10-3秒
• 1微秒（μs）= 1000纳秒（ns）= 10-6秒
• 1纳秒（ns）= 1000皮秒（ps）= 10-9秒
• 1皮秒（ps）= 1000飞秒（fs）=10-12秒
• 1飞秒（fs）=10-15秒
• 1飞秒是一秒的一千万亿分之一。