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长期以来,科学家们想要寻找一种自然存在的基准,取代人为的长度基准。
后来,法国的物理学家杰克·巴比纳提出了用光波波长作为检定米基准的建议。
1892年,迈克耳逊第一次以光波波长为尺度测量了国际米尺。
各国科学家都做了许多用光波波长确定米的定义的研究工作,就取得理想的同位素单色辐射作为光源的问题进行了大量的实验,证明可能采用的单色光源有镉114红谱线、汞198绿谱线、氪86黄绿谱线和橙黄谱线。
从谱线的宽度、对称性和受干扰等方面特性来看,以氪86为最理想。
1960年10月,在第十一届国际计量大会上又规定了米的新定义,即:在真空中氪86原子在能级2P10和5ds间跃迁的辐射光波波长为长度基准,1米等于这个波长的1650763.73倍。
从此,米原器退休,光子尺登上了现代国际计量标准的舞台。
氪86(K86)是一种质量数为86的气体元素氪。
将氪86这种元素装在一种灯管里,在特定的条件下,通电后就会发出光来。
对这种光进行光谱分析,可以看到一段橙黄谱线。
这种光的波长很稳定,所以,用它作为长度的基准,比任何金属尺子都更精确。
用这种光波波长基准来检测一根尺子是否精确,也就是说,将一根尺子同氪86光波波长进行比较,还需要有一套专用设备,这套设备叫做“光电光波自动比长仪”
。
以氪86光波波长为基准,利用光电光波自动比长仪检测米尺,精度很高,每米误差只有一千万分之一。
用氪86光波波长作基准进行比较测量,精度虽然很高,然而却有一定的限度,就是它一次可以测量的最大长度只有几百毫米。
这是因为,用光波波长作基准进行比较测量是基于光的干涉,而氪86光干涉程度不到800毫米。
这样,就无法用干涉法来直接测量1米以上的长度。
而且,由于氪86光源强度低,观察和记录干涉条纹既费时又费力,因此使这种方法的应用受到了限制。
激光技术的发展,为以光波作为基准的比较测量带来了新生命。
激光的单色性好,空间相于性好,方向性好,光强度大。
因此,激光是精密测量的理想光源。
从氪氖激光器发出的激光,相干长度理论上可达300公里,在大气中200米距离内能清楚地看到稳定的干涉条纹。
目前,已出现波长再现性为14——11的氪氖激光器,比长度基准氪as光波再现性提高了1000倍。
因此,激光干涉仪使得大尺寸的直接精确测量能够实现了,为精密计量技术提供了最有效的方法。
光子尺得到了越来越广泛的应用。
我国自行设计制造的高精度激光光波自动比长仪,用来检定米标准尺,一按电钮,10分钟就测完了,数据由电子计算机进行计算,并且自动打印出来。
达到了国际先进水平。
其测量精度很高,1米误差仅万分之二毫米,就是说,只有一根头发丝的三百五十分之一!
激光测长技术发展很快,激光光波波长作为基准和普遍应用激光干涉仪测量长度的时代已经到来。
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