研究提出了测量光功率的通用方法

时间:2019-12-24 19:43 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

研究提出了测量光功率的通用方法

光功率的比较。信贷:n Hanacek / NIST

美国国家标准与技术研究所(NIST)的研究人员一直在寻找更好的方法来测量各种各样的东西,他们发表了一份详细的研究报告,提出了一种“优雅的”改进了的光功率标准单位——光瓦特的定义。

但这不仅仅是一个学习国际计量单位的机会。这一定义为科学、技术、制造业、商业和国防等领域提供了一种更精确、更便宜、更方便的方法来衡量这一重要数量。

NIST的研究表明,光瓦特可以由光的辐射力和速度来决定,这是一个基本常数,而不是目前基于电加热的定义。基本常数是世界各地保持不变的数字,使基于它们的测量具有普遍性。基于基本常数定义测量单位的初级标准被认为是理想的。

NIST项目负责人约翰·雷曼说:“约翰尼斯·开普勒在17世纪早期首次观测到辐射压力。”“几年前,我们决定在此基础上建立一个初级测量标准。”也许有一天我们会重新定义光学

权力

这种方式。”

这个被提出的定义是基于詹姆斯克拉克麦克斯韦尔在1862年的工作表明,施加于光的力与它的功率除以光速成正比。现在,由于NIST最近的技术进步,可以在此基础上创建实用的测量标准。

NIST的提议与最近国际单位制(SI)的重新定义相一致,提供了基于不变的自然属性的更可靠的测量。瓦特是功率的SI单位,正如麦克斯韦发现的那样,它可以用来计算力,反之亦然。NIST的建议也可能有助于解决关于如何最好地定义一个相关的光量,即光强度的争论。这个量是用SI基本单位坎德拉来表示的,坎德拉在一定程度上取决于人类视觉的特性。

这项新的研究是在NIST激光功率测量和校准服务的背景下进行的,该服务于1974年首次提供。近年来,NIST的研究人员已经扩展了光功率的测量范围,从每秒几个光子(光粒子)的非常低的光强度到每秒发射100,000,000,000,000,000,000个光子的100千瓦激光器。

为了用传统的方法测量光功率,研究人员将激光对准一个有涂层的探测器,测量探测器的温度变化,然后确定产生等量热所需的电能。正如测量标准所要求的,这种方法可以追溯到SI,但间接地通过伏特和欧姆,这反过来是基于多个SI单位的nist-方程组的“派生单位”。NIST用这种方法测量光瓦特的设备很大,而且不便于携带。

在新方法中,激光功率可以通过将其与参考质量上的重力(通常用“分析天平”或称称)或等效力进行比较来测量。NIST最近开发了一种技术,可以测量激光的力量,即光子流对镜子的推力。测量结果,以毫克(质量)或微米(力)为单位,可以追溯到SI的基本单位千克,可以用来计算光功率。这种方法尤其适用于制造和军事上使用的大功率激光器,因为它比传统方法更简单、更快、更便宜、更便携。

NIST的新研究通过发现质量/力方法的结果与传统方法的结果有很强的一致性,从而确立了质量/力方法的有效性。但是NIST的提议也提供了几个重要的优势:一个以参考质量形式存在的便携式初级标准,以及提高精度的潜力。

的计算

质量

要求知道重力在特定高度和位置上加速物体的确切量。力的计算则不然,这使力的计算成为一个简单的基本标准。

新的定义可以是:

一瓦特的光功率是指,在从一个完美的镜子正常反射时,产生的力的大小(以牛顿为单位)等于2除以光速;或

1牛顿的力是当一个等于光速除以2的量级的光(瓦特)从一个完全反射的镜子正常反射时产生的力。

NIST团队计划在即将召开的会议上展示其迄今为止的结果和提案,并继续研究。

美国国家标准与技术研究院的物理学家保罗·威廉姆斯说:“我们正在进行研究,以使辐射压力法能够对世界上的激光功率进行最精确的测量。”

更多信息:

Metrologia

1681 - 7575 . DOI: 10.1088 / / ab4641

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