从图像上来看,这个波的局部形状依然是以原先频率振动的波,但各个波峰的外缘却形成了波长更长的一个波形(即振幅在空间上的变化)。对于声波来说,我们听到的声音强弱取决于声波振幅的大小,因此当这样的波传入人耳时,人耳处(空间固定点)的波的振幅会随时间变化,于是“在听觉上会感到音量有周期性的强弱”。“一强一弱称为一次拍”,而在单位时间内听到的拍数,就是拍频。
基本介绍
- 中文名:拍频
- 外文名:Beat frequency
- 领域:光学
- 涵义:单位时间内听到的拍数
- 套用:莫尔条纹
- 相关名词:拍频波
表观解释
从概述图像上来看,这个波的局部形状依然是以原先频率振动的波,但各个波峰的外缘却形成了波长更长的一个波形(即振幅在空间上的变化)。对于声波来说,我们听到的声音强弱取决于声波振幅的大小,因此当这样的波传入人耳时,人耳处(空间固定点)的波的振幅会随时间变化,于是“在听觉上会感到音量有周期性的强弱”。“一强一弱称为一次拍”,而在单位时间内听到的拍数,就是拍频。
实质解释
为简单起见,只考虑一维情况。
假设下述两个振幅相同的沿着z轴方向传播的简谐波:


叠加后合成波波函式为:


其中,

这个合成波的振幅项不仅仅是空间z的函式,而且还是时间t的函式,所以驻波的特性不再存在,是一个振幅受调製的行波。
借用无线电的术语,被称为“调製波”,其角频率为
。

复指数项叫做“载波”,其角频率为
。

由合成波可得,
。


若
无线电波範围。

在这种情况下,可以用仪器直接测量出调製波的振动。
实际上仪器所测量的是在某个时间间隔τ内的平均能流密度I。
只要

接收器的输出信号的时间圆频率就等于两分量光波的圆频率之差,这样的频率称为拍频。
这种由两个交变物理量产生一个差频物理量的现象称为“拍频现象”。
形成
用下图可表示拍频的形成:

拍频现象价值
它把高频信号中的频率信息和位相信息转移到差频信号之中,使它们由难以测量变得容易测量。
分类
时间拍频和空间拍频
按照上述定义,拍频现象是指产生时间差频的现象。
但是我们在第二次课学习了空间频率这个概念后,拍频的定义可以从时间域推广到空间域,即拍频现象也可以是指产生空间差频的现象。
例如:当两块尼龙纱互相重叠时,便能看到一些比织物经纬线结构稀疏得多的明暗花纹。
这种花纹的“空间频率”等于两层纱各自空间频率之差。通常称这些花纹为“莫尔条纹”或“云纹”。
这种产生云纹的现象便是一种空间拍频现象。
拍频现象套用
雷射器率稳定性的检测和控制
两束雷射的拍频的测量

光学外差干涉法
光学外差干涉法的思想来源于(1)式和(2)式:


光学外差测量示意图:

光学外差技术既能发挥高频波的优势(例如採集被测量的精度),又有利于用对低频波的检测技术。
目前,各种类型的雷射外差干涉仪广泛套用于精密测量长度和振动。
莫尔条纹
莫尔条纹:


拍频波複杂性

上式所表示的波是由两个不同时间频率的简谐平面光波叠加而成的,是一种複杂波。
考虑实际情况,显然它是较为简单的一维複杂波。鑒于拍频的实际价值和为方便起见,可以称(2)所表示的波为“拍频波”。
因为是个複杂波,所以一般意义上的速度概念不再适用于拍频波。这只是总的原则。
而对于拍频波上某些特殊位置的传播速度,例如,电场强度为零的位置的传播速度,或者某确定光强值位置的传播速度,对于这些,我们仍然可以进行特别地研究和分析。