波长

最简单的一种波是单色平面波，由以下复波振幅描述，是空间位置x和时间t 的函数：

与波矢量，其幅度为波数k和角频率ω。波数决定了波长，定义为波的空间周期（例如，后续振荡最大值之间的距离，见图 1）：

（请注意，在光谱学中，波数通常被视为波长的倒数，不涉及因子2 π。）当在x方向传播一个波长时，平面波获得2π的相位延迟。波长和频率相互关联：当波在一个振荡周期内传播一个波长时，其相速度c以下公式给出：

对于波包，还有另一种速度称为群速度，如果存在色散，那么它就可以偏离相速度，即相位速度对频率的依赖性。请注意，对于具有不同空间分布的波如：对于强聚焦的激光束，振幅是位置的函数，一般不是（或不完全）周期性的，后续波最大值之间的间距可能会与波长有所不同，它总是被定义成平面波，它本质上是高斯光束对平面波的偏差进行对比。

波长和颜色

单色光根据其波长来拥有某种颜色。不幸的是，计算机屏幕不能产生单色光，只能将近似某些波长的视觉颜色呈现出来。这已在图 1 中的颜色，它在不同的计算机屏幕上的显示色会有所不同。

真空波长和介质中的波长

如果单色光波随不同的透明介质传播，其波长会发生变化，而其光频ν依旧保持不变。所以，用它的光频率来表示这种光波是最自然的。但是由于历史的关系，最常见空气中的波长来表示光波（光）（对于标准压力和温度：1013.25 毫巴，15°C，零湿度）。然而，在某些情况下，真空波长是被指定的。因为空气中的波长十分接近真空波长，折射率空气仅略高于 1；这微小的差异与大多数应用程序无关，1000 nm 的真空波长对应于空气中的 999.7259 nm。

波长计算

对于给定的真空波长λ0，在折射率为n的介质中的波长为λ =λ0 /n。通常情况下，折射率取决于光频率或真空波长（→色散）。

对于可见光，真空波长大约在 400 纳米到 700 纳米之间，可见光谱区域没有被精确定义，人眼的灵敏度是波长的平滑函数并且因人而异的。真空波长中较长的光称为红外光，而波长较短的光称为紫外光。

如果某些物理量取决于光学频率，那么它通常被称为波长相关而不是频率相关的，即使空间方面在现象相关中没有发挥作用。

另外，人们经常用波长范围的宽度而不是频率范围来指定光学带宽（如：增益带宽的激光增益介质）。对于波长和频率范围之间的转换，只需要记住，频率间隔的宽度不仅取决于相应波长间隔的宽度，还取决于平均波长：δν = (c / λ2) δλ （假设间隔很小）。

光波长的测量

光波长是可以用波长计测量，波长计是一种干涉仪。根据测量的光频率和真空光速对波长间接评估并且精确很多，因为可以高精度地测量光频率，而现在（在SI系统中）真空光速是一个被定义的量（即没有任何测量误差）。

波长标准

通常是使用一些光谱灯作为精准的波长标准。此外，还有依赖于更复杂技术光学频率标准，其中获得的波长要比数量级精确的更多。

非单色光

• 在许多情况下，光并不是单色的，而是表现出相当大的光学带宽。一般来说是根据光学光谱的 "重心 "来确定峰值波长或平均波长。
• 在一些情况下，人们需要知道光功率在不同波长或光频率上是如何分布的。这可以通过光谱分析仪完成，最好是提供一个精确定义的功率谱密度（PSD）与波长或频率的关系，如：这种量的单位可以是W/nm 或W/THz。

光波长的重要性

光的波长与许多现象有关

• 光的波长越长，它的其衍射趋势越强，也就是说光束（例如激光束）的扩展。由于光波长是非常短的，许多激光器发出的衍射极限光束可以表现出相当小的光束发散度，这样就可以在相当长的距离内进行传播，而光束面积就没有明显的增加。波长也与其他衍射现象也很重要，比如在衍射光栅中。
• 波长是任何干涉现象的基本量。由于光波长相当短，光学干涉仪就需要稳定性超高的机械，即使是亚微米级的传播长度发生轻微改变也会影响到干涉条件。
• 许多光学非线性只有在实现相位匹配时才会产生实质性影响。相位匹配条件包含相关光束的波长，并不是只有光频率。

在其他的影响下，实际上不相关的量是光频率，这当然是与波长相关。例如，激光活性离子光泵浦共振效会产生强烈的频率依赖性。波长本身大于原子或离子，当然与这些并没有关系。

特殊类型的波长

• 在光学和光子学中，有许多不同的术语涉及“波长”这个词。
• 光源的发射波长是发射光的真空波长（或空气中的波长）。
• 布拉格波长上的布拉格反射镜是真空波长为该反射镜最高反射率。
• 该截止波长一个的波导是真空波长，高于该导模停止存在。
• 该零色散波长是真空波长，其中的群速度色散常光学纤维会消失。
• 波长调谐意味着修改激光器的发射波长（光频）。
• 波分复用是一种工作在时域的复用技术，常用于光纤通信。