差頻

差頻（英文：beat note）一詞來源於聲學上兩個頻率相近但不同的聲波的干涉，所得到的干涉信號的頻率是原先兩個聲波的頻率之差，因此叫做差頻。在國際單位制里，頻率的單位——赫茲 （英語：Hertz，簡寫為Hz），是以德國物理學家海因里希·赫茲（英語：Heinrich Rudolf Hertz, 1857年2月22日－1894年1月1日）而命名。1赫茲（Hz）表示事件每一秒發生一次。其他用來表示頻率的單位還有：旋轉機械器材領域採用的傳統衡量單位為每分鐘轉速（rpm）等。在醫學裡，心率以“次/分鐘”（bpm）為單位。

基本介紹

• 中文名：差頻
• 外文名：beat note
• 範疇：物理
• 套用：光學和電子學
• 別稱：拍頻
• 學科：通信工程

頻率

頻率（英語：Frequency）是單位時間內某事件重複發生的次數，在物理學中通常以符號 或 表示。採用國際單位制，其單位為赫茲（英語：Hertz，簡寫為Hz）。設 時間內某事件重複發生 次，則此事件發生的頻率為 赫茲。又因為周期定義為重複事件發生的最小時間間隔，故頻率也可以表示為周期的倒數：

其中， 表示周期。

為了方便起見，較長較慢的波，像海洋表面的面波，通常是以周期來描述其波動性質。較短較快的波，像聲波和無線電波，通常是以頻率來描述其波動性質。

在國際單位制里，頻率的單位——赫茲 （英語：Hertz，簡寫為Hz），是以德國物理學家海因里希·赫茲（英語：Heinrich Rudolf Hertz, 1857年2月22日－1894年1月1日）而命名。1赫茲（Hz）表示事件每一秒發生一次。

其他用來表示頻率的單位還有：旋轉機械器材領域採用的傳統衡量單位為每分鐘轉速（rpm）等。在醫學裡，心率以“次/分鐘”（bpm）為單位。

物理光學

輻射能（英語：radiant energy）是電磁波傳播的能源。太陽或電光源都是輻射能的源頭。人類的光學感測器（眼睛）能夠分辨的光波稱為可見光，是由幾種顏色（紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫）組成；其中每一種顏色都有特定的頻帶（英語：frequency band）。可見光在整個電磁輻射的頻譜中只占有一小部分。紫外線（UV）的波長小於可見光，無法以肉眼看到；又紅外線（IR）的波長大於可見光，也必須利用夜視鏡和其他熱感測設備才能觀測得到。小於紫外線波長的電磁輻射有X射線和伽馬射線。大於紅外線波長的有微波和無線電波，頻帶為兆赫和千赫，以及頻帶為毫赫和微赫的自然波。頻率為2毫赫的波，其波長大約等於從地球到太陽的距離。微赫波的波長大約為0.0317光年。奈米赫波的波長大約為31.6881光年。

按照波長長短，從長波開始，電磁波可以分類為電能、無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X-射線和伽馬射線等等。普通實驗使用的光譜儀就足以分析從2奈米到2500奈米波長的電磁波。使用這種儀器，可以得知物體、氣體或甚至恆星的詳細物理性質。這是天文物理學的必備儀器。例如，因為超精細分裂（英語：hyperfine splitting），氫原子會發射波長為21.12公分的無線電波。

人類眼睛可以觀測到波長大約在400奈米和700奈米之間的電磁輻射，稱為可見光。

物理聲學

聲音是傳播於固體、液體、氣體、電漿的振動，尤其是指那些人耳能感受到的頻率的振動。對於人類，聽覺頻率範圍限制在大約20赫茲到2萬赫茲（20千赫）之間，上限通常會隨著年齡而減低。其他物種有不同的聽覺頻率範圍。例如，有些犬種能感覺到高至45,000赫茲的振動。聲音是被許多物種用來做為感覺危險（英語：detect danger）、導航、掠食和通訊的主要感官之一。

凡是被詮釋為聲音的機械振動，都能夠穿越處於各種物態的物質。這些能夠傳播聲音的物質稱為介質。聲音不能傳播於真空。

聲波

聲波是聲音的傳播形式。聲波是一種高低波，由物體（聲源）振動產生，聲波傳播的空間就稱為聲場。在氣體和液體介質中傳播時是一種縱波，但在固體介質中傳播時可能混有橫波。任何器官所接收的聲音頻率都有其範圍限制。人耳可以聽到的聲波的頻率一般在20Hz至2× Hz之間。其他動物的聽覺頻率範圍有所不同，像狗可以聽到超過20kHz的超音波，但無法聽到40Hz以下的聲音。

干涉

干涉（interference）在物理學中，指的是兩列或兩列以上的波在空間中重疊時發生疊加，從而形成新波形的現象。

例如採用分束器將一束單色光束分成兩束後，再讓它們在空間中的某個區域內重疊，將會發現在重疊區域內的光強並不是均勻分布的：其明暗程度隨其在空間中位置的不同而變化，最亮的地方超過了原先兩束光的光強之和，而最暗的地方光強有可能為零，這種光強的重新分布被稱作“干涉條紋”。在歷史上，干涉現象及其相關實驗是證明光的波動性的重要依據，但光的這種干涉性質直到十九世紀初才逐漸被人們發現，主要原因是相干光源的不易獲得。

為了獲得可以觀測到可見光干涉的相干光源，人們發明製造了各種產生相干光的光學器件以及干涉儀，這些干涉儀在當時都具有非常高的測量精度：阿爾伯特·邁克耳孫就藉助邁克耳孫干涉儀完成了著名的邁克耳孫－莫雷實驗，得到了以太風觀測的零結果。邁克耳孫也利用此干涉儀測得標準米尺的精確長度，並因此獲得了1907年的諾貝爾物理學獎。而在二十世紀六十年代之後，雷射這一高強度相干光源的發明使光學干涉測量技術得到了前所未有的廣泛套用，在各種精密測量中都能見到雷射干涉儀的身影。人們知道，兩束電磁波的干涉是彼此振動的電場強度矢量疊加的結果，而由於光的波粒二象性，光的干涉也是光子自身的幾率幅疊加的結果。

干涉的條件

兩列波在同一介質中傳播發生重疊時，重疊範圍內介質的質點同時受到兩個波的作用。若波的振幅不大，此時重疊範圍內介質質點的振動位移等於各別波動所造成位移的矢量和，這稱為波的疊加原理。若兩波的波峰（或波谷）同時抵達同一地點，稱兩波在該點同相，干涉波會產生最大的振幅，稱為相長干涉（建設性干涉）；若兩波之一的波峰與另一波的波谷同時抵達同一地點，稱兩波在該點反相，干涉波會產生最小的振幅，稱為相消干涉（摧毀性干涉）。

理論上，兩列無限長的單色波的疊加總是能產生干涉，但實際物理模型中產生的波列不可能是無限長的，並從波產生的微觀機理來看，波的振幅和相位都存在有隨機漲落，從而現實中不存在嚴格意義的單色波。例如太陽所發出的光波出自於光球層的電子與氫原子的相互作用，每一次作用的時間都在10秒的數量級，則對於兩次發生時間間隔較遠所產生的波列而言，它們無法彼此發生干涉。基於這個原因，可以認為太陽是由很多互不相干的點光源組成的擴展光源。從而，太陽光具有非常寬的頻域，其振幅和相位都存在著快速的隨機漲落，通常的物理儀器無法跟蹤探測到變化如此之快的漲落，因此無法通過太陽光觀測到光波的干涉。類似地，對於來自不同光源的兩列光波，如果這兩列波的振幅和相位漲落都是彼此不相關的，稱這兩列波不具有相干性。相反，如果兩列光波來自同一點光源，則這兩列波的漲落一般是彼此相關的，此時這兩列波是完全相干的。

如要從單一的不相干波源產生相干的兩列波，可以採用兩種不同的方法：一種稱為波前分割法，即對於幾何尺寸足夠小的波源，讓它產生的波列通過並排放置的狹縫，根據惠更斯－菲涅耳原理，這些在波前上產生的子波是彼此相干的；另一種成為波幅分割法，用半透射、半反射的半鍍銀鏡，可以將光波一分為二，製造出透射波與反射波。如此產生的反射波和透射波來自於同一波源，並具有很高的相干性，這種方法對於擴展波源同樣適用。