基础知识：波长、频率与周期

2026-06-29
频率，简单说就是波在一秒钟里振了多少次。它的单位叫“赫兹”，符号是 Hz，这是为了纪念德国科学家赫兹。

举个例子，1 Hz 就是 1 秒振动 1 次。 1 GHz 即 1 秒振动 10⁹ 次，也就是十亿次。1 THz 更高，是 10¹² 次/秒，也就是一万亿次。


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那波长是什么呢？它指的是波在空间上一个完整波形的长度。具体点说，你可以把它看作是相邻两个波峰之间（或者两个波谷之间）的距离。


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波在空间里跑的速度，专业上叫相速度。可以用一个简单公式算出来：速度 = 波长 × 频率。

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比如我们光纤通信里常用的 1310 nm 光，它的频率大约是 228.8 THz；而 1550 nm 的光，频率大约是 193.4 THz。

这里要注意：我们平时说的 1310 nm、1550 nm 这些波长数字，指的都是光在真空（或者近似看作空气）中的波长。所以，即使频率相同，光在不同材料里的波长也可能不同，因为材料的折射率不一样。

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也就是说，折射率越大，光在里面跑得越慢，波长也就越短。


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在光纤通信中，为了保证光在光纤里能靠全反射向前传，光纤纤芯的折射率要比外面包层的大。

包层一般是二氧化硅，折射率大约 1.46，所以我们会在纤芯里掺一点氧化锗或者五氧化二磷，把它的折射率提高一点。


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除了波长和频率，我们还会用到“周期”这个概念。周期指的是波完成一次完整振动所需要的时间，单位一般是秒。频率和周期其实是互为倒数的关系：

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你可以这样理解：波长是空间上重复一次的长度，周期是时间上重复一次的时间。

如果我们站在空间里某一个固定点看波经过，就常常会说“过了 1/4 周期”“过了 1/2 周期”这样的话，来描述波状态变化到了哪个阶段。


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在光栅设计里，我们也常说“周期”，比如光栅周期 Λ 。不过这里它指的是光栅刻痕或者折射率变化在空间上重复出现的最小距离，是一个空间长度的概念，和上面说的时间周期不是一回事。


举个例子，DFB 激光器里面的光栅，“Lumentum 的差分驱动 EML 芯片”。它的周期 Λ 通常设计成光在激光器波导材料里波长的一半左右，这样光才能在光栅里形成有效的反馈，发出激光。



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