激光与计量基准

　　1960年第10届国际计量大会正式将世界上使用的计量单位统一命名在/国际单位制0上.其符号是/SI0,是法文/Le Systeme Infer-natind.Unitesr0的缩写.国际单位制中有7个基本单位,它们是:长度单位/米0(m);时间单位/秒0(s);电学单位/安培0(A);温度单位/开尔文0(K);质量单位/千克0(kg);发光强度单位/坎德拉0(cd);物质的量单位/摩尔0(mol).平面角/弧度0(rad)和立体角/球面度0(sr)是国际单位制中的辅助单位.由7个计量基本单位的导出单位和暂时与国际单位制并用的单位构成了在社会上不论是科学还是技术以及人们日常生活中使用的一切计量单位.这就是古代称为的度量衡,当今的计量学.

　　18世纪的欧洲,由于蒸汽机的发明与应用,推动了当时力学与热力学的发展,产生了力学与热力学计量.19世纪电的发明与应用诞生了电磁计量.到了20世纪初,发展了量子物理.量子物理学的应用开创了量子计算.计量技术发展到20世纪70年代,逐步形成一门独立的分支)))计量学.当代计量学有三大特点:

　　(1)计量学是一切测量技术的科学基础;

　　(2)计量学是建立在最新物理理论与效应的基础上,利用最现代化的技术手段来研究物理量与化学量及其测试方法的一门崭新的学科;

　　(3)计量学的发展促进了自然科学的进步、生产的现代化;计量科学也是社会安全与安定的技术保证和科学基础.

　　1 激光与米定义

　　1.1 米和米的最新定义

　　1875年国际米制公约的建立,改变了19世纪国际上长度单位的混乱局面,当时规定把通过巴黎的地球子午线的四千万分之一的长度定为1m.1889年的国际计量大会上,又通过用铂铱合金米尺上两条刻线间的距离作为1m的定义值,这是米定义的第一次变更.

　　随着人们对微观世界认识的不断深入,发现铂铱合金米尺会由于物质内部结构随时间变化而引起两条刻线间距离的变化,从而无法保证国际米原器所规定的精度.国际米原器的相对精度为百万分之一左右(即1m的测量精度为011Lm左右).1905年,爱因斯坦利用量子理论,成功地解释了光电效应和光的本性,确定了频率与能量之间的关系.这样,有些物理学家就提出了利用原子辐射的波长值代替国际米原器作为米定义的新建议.第二次世界大战后,氪-86低压气体放电灯(简称氪-86灯)研制成功,人们发现,在一定条件下,氪-86同位素原子辐射出橙黄色谱线的真空波长值是个/定0值.于是,在1960年,国际计量大会就通过米的定义为:/米等于氪-86原子的2p10和5d5能级间跃迁辐射真空波长的1 650 763173倍的长度.0这是第二次米定义的变更.

　　1960年,激光诞生了,由于它具有单色性好(相干能力强)、亮度高和方向性好的特点.从1961年开始,物理学家和计量科学家就从事激光应用于计量的研究.他们利用特殊的方法对激光输出频率进行稳频,使稳频激光输出频率的稳定性和复现性达到优于百亿分之一,比以氪-86灯作为米定义的精度还高100倍以上.1969年以后,用触须二极管成功地测量了甲烷稳频3139Lm氦氖激光器输出频率的绝对值和波长的绝对值,又经过国际间平均与核对,得到真空光速值为299 792 458m/s.此值的精度比过去提高了100倍.以后,物理学家和计量学家又经过十年的研究与验证,利用稳频激光器验证了在10-4范围没有发现真空光速值的各向异性.1983年第17届国际计量大会正式通过了米的新定义.新的米定义的特点是:把真空中的光速值作为一个固定不变的基本物理常数,光速值不再是一个物理学中可测量的量,而是一个换算常数,不受精度限制.长度测量可通过时间或频率测量导出,从而使长度单位和时间单位结合了起来.这就米定义第三次变更的特点.