頻率和波長真的有簡單？

如今，先進的萬用表（如 Fluke 287）在伏特模式下可以準確顯示頻率。高頻顯示在臺式頻率計數(shù)器中，可以讀取 100 GHz 以上的讀數(shù)。在更高的頻率下，通過外差法間接進行測量以對信號進行下變頻。使用二極管或類似設(shè)備作為混頻器，頻率計數(shù)器可以測量結(jié)果，前提是兩個頻率足夠接近。對于最高頻率，需要多級外差。

外差法，意味著不止一個頻率，也用于一種光學檢測方法，其中提取以相位或頻率編碼的信息。兩個光信號在光電二極管或其他檢測器中組合。能量響應(yīng)是線性的，而電磁振幅是二次的。如果原始光頻率足夠接近，檢測器會產(chǎn)生可以進行電子處理的拍頻。

1960 年第一臺可用激光器建成后，開始進行光學外差檢測。光學波段檢測與射頻外差檢測不同，因為光振蕩速度太快，無法進行電子測量或處理。因為通過吸收光子的能量來檢測光子，所以揭示了幅度而不是電場相位。因此使用光學外差法來降低頻譜光帶之外的信號。

當然，除了外差法之外，還有其他方法可以確定可見光或紫外線范圍內(nèi)的光頻率。有幾個簡單的方法值得一提，它們也是幾個 YouTube 視頻的主題。也許最直接的方法適用于從激光指示器****可見光的激光器。

使用 CD 或 DVD 光柵測量激光波長的基本設(shè)置。

確定激光指示器的光頻率的簡單方法是將激光通過衍射光柵發(fā)送到平面（例如白板）上。衍射光柵將激光分成三束——一束主光束，一束在兩側(cè)——在白板上可見。測量主光束和副光束之間的距離，并知道光柵到白板的距離和光柵脊線之間的距離（即光柵間距），就可以計算出光的波長。

這基本上是一個免費的實驗，因為光柵通常位于已改變用途的舊 DVD 或 CD 上。通過去除反射層（通常使用膠帶）來改變 CD 的用途。通過從背襯上分離反射層（通常使用刀片），然后使用膠帶撕下反射層，DVD 可以重新利用。關(guān)于改裝 CD 和 DVD 的關(guān)鍵注意點是它們的軌道間距：CD 為 1.6 μm，DVD 為 0.74 μm。

當激光通過光柵照射時，白板上的主光束與兩側(cè)光束的距離由光柵軌道間距決定。從光柵到主激光光斑的距離和從主光斑到次要光斑之一的距離形成在光柵表面具有衍射角的直角三角形。仔細觀察光柵表面，會形成另一個直角三角形，斜邊由兩個光柵開口之間的距離和衍射角表示。主光束和側(cè)光束之間的距離也是激光波長的函數(shù)。原因：一束光束必須比另一束傳播得更遠才能形成側(cè)光斑；附加距離等于一個波長。這種關(guān)系產(chǎn)生了等式 sine θ = λ/d，其中 d 是光柵間距。我們可以計算出光斑 x 和白板的衍射角 D，與 tan θ = x/D 的距離。求解 θ 的方程，然后將 θ 的值代入 θ = λ/d 可以求解激光波長 λ。

當激光只涉及一個波長時，這種技術(shù)效果很好。以這種方式通過光柵的非相干光源將在主光斑的每一側(cè)產(chǎn)生色帶，因為光柵將光波長分開。所以測量所有涉及的距離和角度變得有點笨拙。確定光波長的更簡單方法是使用光譜儀。

由幾位視頻博主設(shè)計的用于 PC 光譜儀軟件的相機夾具。頂部，這個家伙使用導管連接來固定相機和光學元件。下面是一個用木頭建造的相機裝置。

盡管光譜儀曾經(jīng)是昂貴的臺式儀器，但用于 PC 的光譜儀軟件甚至讓業(yè)余愛好者也能觸手可及。通常的傳感器是移除了 IR 濾鏡的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。坐在相機鏡頭前的是一個臨時 CD 或 DVR 光柵和一個狹縫開口。通常，設(shè)置中最復雜的部分在于為網(wǎng)絡(luò)攝像頭、光柵和光學狹縫設(shè)計固定裝置。這里也有幾個 YouTube 視頻介紹了所涉及的步驟。

從基于 PC 的光譜儀程序顯示。此處使用普通 CFL 的輸出校準軟件。