Tin tức Deeper

Phương pháp phổ biến để đo công suất ánh sáng

Ngày:
Th12 23, 2019
Tóm lược:

Luôn luôn tìm kiếm những cách tốt hơn để đo lường mọi thứ, các nhà nghiên cứu đã công bố một nghiên cứu chi tiết cho thấy một định nghĩa cải tiến “thanh lịch” cho đơn vị năng lượng ánh sáng tiêu chuẩn, watt quang. Định nghĩa đề xuất hứa hẹn một phương pháp chính xác hơn, ít tốn kém hơn và di động hơn để đo đại lượng quan trọng này cho khoa học, công nghệ, sản xuất, thương mại và quốc phòng.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Luôn luôn tìm kiếm những cách tốt hơn để đo lường mọi thứ, các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) đã công bố một nghiên cứu chi tiết cho thấy định nghĩa cải tiến “thanh lịch” đối với đơn vị năng lượng ánh sáng tiêu chuẩn, công suất quang.

Nhưng đó không chỉ là cơ hội để khám phá ra một đơn vị đo lường quốc tế. Định nghĩa đề xuất hứa hẹn một phương pháp chính xác hơn, ít tốn kém hơn và di động hơn để đo đại lượng quan trọng này cho khoa học, công nghệ, sản xuất, thương mại và quốc phòng.

Thay vì định nghĩa hiện tại dựa trên so sánh với sưởi ấm bằng điện, nghiên cứu của NIST cho thấy công suất quang có thể được xác định từ lực bức xạ của ánh sáng và tốc độ của nó, một hằng số cơ bản. Các hằng số cơ bản là những con số không thay đổi trên toàn thế giới, thực hiện các phép đo dựa trên chúng là phổ quát. Các tiêu chuẩn chính xác định các đơn vị đo lường dựa trên các hằng số cơ bản được coi là lý tưởng.

“John Kepler đã thực hiện những quan sát đầu tiên về áp suất bức xạ vào đầu thế kỷ 17,” John Lehman, trưởng dự án của NIST cho biết. “Một vài năm trước, chúng tôi đã quyết định tạo ra một tiêu chuẩn đo lường chính trên cơ sở này.” Có lẽ một ngày nào đó tất cả chúng ta sẽ xác định lại năng lượng quang học theo cách này. “

Định nghĩa được đề xuất dựa trên công trình của James Clerk Maxwell vào năm 1862 cho thấy lực tác dụng bởi ánh sáng tỷ lệ thuận với sức mạnh của nó chia cho tốc độ ánh sáng. Bây giờ, các tiêu chuẩn đo lường thực tế có thể được tạo ra trên cơ sở này nhờ những tiến bộ kỹ thuật gần đây của NIST.

Đề xuất của NIST đồng bộ với định nghĩa lại gần đây của Hệ thống đơn vị quốc tế (SI), đưa ra các phép đo đáng tin cậy hơn dựa trên các tính chất không thay đổi của tự nhiên. Oát là đơn vị công suất SI, như Maxwell tìm thấy, có thể được sử dụng để tính toán lực hoặc ngược lại. Gợi ý của NIST cũng có thể giúp giải quyết các cuộc tranh luận về cách tốt nhất để xác định một lượng quang học liên quan được gọi là cường độ sáng. Đại lượng này được biểu thị dưới dạng đơn vị cơ sở SI được gọi là candela, một phần phụ thuộc vào tính chất của thị giác của con người.

Tín dụng: N. Hanacek / NIST
Tín dụng: N. Hanacek / NIST

Nghiên cứu mới được thực hiện trong bối cảnh các dịch vụ đo và hiệu chỉnh năng lượng laser của NIST, lần đầu tiên được cung cấp vào năm 1974. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu của NIST đã mở rộng phạm vi năng lượng ánh sáng có thể đo được, từ cường độ ánh sáng rất thấp của một vài photon (ánh sáng các hạt) mỗi giây đến 100 kilowatt laser phát ra 100.000.000.000.000.000.000 photon mỗi giây.

Để đo công suất quang theo cách thông thường, các nhà nghiên cứu nhắm tia laser vào máy dò có tráng, đo sự thay đổi nhiệt độ của máy dò và sau đó xác định năng lượng điện cần thiết để tạo ra một lượng nhiệt tương đương. Theo yêu cầu đối với các tiêu chuẩn đo lường, phương pháp này có thể được truy tìm đến SI, nhưng gián tiếp thông qua volt và ohm, lần lượt là “đơn vị dẫn xuất” dựa trên phương trình nist sử dụng nhiều đơn vị SI. Thiết bị của NIST để đo watt quang theo cách này là lớn và không thể mang theo được.

Theo cách tiếp cận mới hơn, công suất laser có thể được đo bằng cách so sánh nó với lực hấp dẫn trên một khối tham chiếu (thường được cân trên “cân phân tích” hoặc thang đo) hoặc một lực tương đương. NIST gần đây đã phát triển một kỹ thuật đo lực của tia laser, hoặc lực đẩy tác động lên gương bằng một luồng photon. Kết quả, được đo bằng miligam (khối lượng) hoặc micronewton (lực), có thể truy nguyên theo đơn vị cơ sở SI là kilôgam và có thể được sử dụng để tính toán công suất quang. Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích cho các laser công suất cao được sử dụng trong sản xuất và quân sự vì nó đơn giản hơn, nhanh hơn, ít tốn kém hơn và dễ mang theo hơn các phương pháp thông thường.

Nghiên cứu mới của NIST đã thiết lập tính hợp lệ của phương pháp tiếp cận khối lượng / lực lượng bằng cách tìm ra sự thỏa thuận mạnh mẽ giữa kết quả của nó và kết quả của phương pháp thông thường. Nhưng đề xuất của NIST cũng cung cấp một số lợi thế đáng kể: một tiêu chuẩn chính di động ở dạng khối tham chiếu và tiềm năng cải thiện độ chính xác.

Tính toán khối lượng đòi hỏi kiến ​​thức về lượng chính xác mà trọng lực gia tốc các vật thể ở một độ cao và vị trí cụ thể. Tính toán lực lượng không, làm cho nó đơn giản hơn như là một tiêu chuẩn chính.

Định nghĩa mới có thể là:

  • Một watt năng lượng quang học là khi phản xạ bình thường từ một tấm gương hoàn hảo sẽ tạo ra một lực có cường độ (tính bằng newton) bằng 2 chia cho tốc độ ánh sáng; hoặc là
  • Một lực mới là lực được tạo ra khi công suất quang (tính bằng watt) có cường độ bằng tốc độ ánh sáng chia cho 2 phản xạ bình thường từ một gương phản xạ hoàn hảo.

Nhóm NIST có kế hoạch trình bày kết quả của mình cho đến nay và đề xuất tại một hội nghị sắp tới và tiếp tục dòng nghiên cứu.

“Chúng tôi đang theo đuổi nghiên cứu để cho phép tiếp cận áp suất bức xạ để thực hiện phép đo năng lượng laser chính xác nhất trên thế giới”, nhà vật lý học NIST Paul Williams nói.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia (NIST) . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Paul A Williams, Matthew T Spidell, Joshua A Hadler, Thomas Gerrits, Amanda Koepke, David Livigni, Michelle S Stephens, Nathan A Tomlin, Gordon A Shaw, Jolene D Splett, Igor Vayshenker, Malcolm G White, Christopher S Yung, John H Lehman. Nghiên cứu tổng hợp về hiệu chuẩn năng lượng laser trong phạm vi 20 bậc độ lớn với khả năng truy nguyên đến kilôgam . Đo lường , 2020; 57 (1): 015001 DOI: 10.1088 / 1681-7575 / ab4641

Bài viết liên quan

Bài viết khác