第三節 精確無比的光尺(2 / 2)

激光技術的發展,使以光波作為基準的比較測量獲得了新生。激光的單色性好,方向性好,相幹性好,光強度大,因此,激光是精密測量的理想光源。例如,從氦氖激光器發射出來的激光,相幹長度理論上可達300公裏,在大氣中200米距離內能清楚地看到穩定的幹涉條紋,再現性比氪86高1000倍。因此,激光幹涉儀使直接精確測量大尺寸能夠實現,為精密計量技術提供了最有效的方法。這樣,激光光波作為基準和普遍應用激光幹涉測量長度的時代已經到來。

1983年10月20日,在法國巴黎舉行的第17屆國際計量大會上,正式通過了米的新定義:1米的長度等於光在真空中在1/299 792 458秒的時間間隔內運行的距離。國際計量大會在通過米的新定義的同時,推薦了5種穩頻激光器作為執行新的米定義的參考標準,其中有一種穩頻激光器是我國計量科技工作者研製的。

米的新定義的特點是,把真空中的光速值作為一個固定不變的基本物理量。早在20世紀60年代末,科學家們用觸須二極管成功地測量了甲烷穩頻3.39微米氦氖激光器輸出頻率的絕對值和波長的絕對值,經過國際間平均與核對,得到真空中的光速值為299 792 458米/秒。光速值不再是物理學中一個可測量的量,而是一個換算用的常數,長度測量可通過時間或頻率測量得出,因而使長度單位和時間單位結合起來。

我國設計製造的高精度激光光波自動比長儀,用來檢定米標準,一按電鈕,幾分鍾就測定完畢,數字由電子計算機進行計算,並且自動打印出來,達到了國際先進水平。它的測量精度很高,1米誤差隻有一萬分之二毫米,這就是說,隻有一根頭發絲直徑的三百五十分之一!

40多年來,激光在計量科學和檢測技術中得到了卓有成效的應用。除了上麵講的導致了計量基準的新定義之外,還開發了一大批新型計量測試儀器。拿長度計量來說吧。在工業生產和科學研究中,常常要精確測定較短的長度,例如測定幾個厘米的長度,而且對測量精度要求十分高,通常是借助於一種長方體的金屬量塊來完成的。這種量塊是長度精密測量的重要基準量具,被譽為“量具之王”。可是,這個“王”也得有個“王法”,要以“米基準”為最高基準,因而必須進行檢定。過去,國內外檢定最高精度量塊,大多采用20世紀30年代德國的柯氏幹涉儀或在此基礎上經過改進的儀器,依靠目視測量,檢定效率低,勞動強度大,不適應現代工業生產和科學研究的需要。20世紀70年代末,我國自行設計研製成功了第一台激光量塊幹涉儀,成功地將激光應用於精密計量,采用一係列先進技術和光學元件,並配備專用電子計算機,比采用柯氏幹涉儀檢定效率高10多倍,測量精度極高,誤差隻相當於一根頭發絲直徑的二千分之一!

目前,激光已廣泛和成功地應用於長度、角度、線徑、振動、重力、轉速、速度、硬度及其他物理量和工程計量測試領域。激光計量和檢測,除了測量精度高以外,還有其他許多優點。比如,它是以光波獲取信息,不接觸、不影響被測量對象和現場;它是以光速傳播,測量速度極快;它可以作遠距離遙測,能夠用在人不適宜接近的高溫、危險的場所,以及人造衛星測距;它可以同時進行多維測量,沒有幹擾,也不存在電磁幹擾。這些特點,使激光不僅推動著作為現代科技基礎的計量測試技術的飛躍,而且在高科技領域裏也發揮著特殊的作用。

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