定义
平面波的空间周期。
最简单的波是单色平面波，由以下复波振幅描述，是空间位置x和时间t的函数：
波矢量，其幅度为波数k，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）：
图1：平面波，波长用中间的黑色尺子表示。
请注意，在光谱学中，波数通常被认为是波长的倒数，不涉及因子2π。
当在x方向上传播一个波长时，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由下式给出：
对于波包，还有另一种速度，称为群速度，如果存在色散，即相速度对频率的依赖性，则可能会偏离相速度。
请注意，对于具有不同空间分布的波 - 例如，对于强聚焦激光束，振幅是位置的函数通常不是（或不完全）周期性的，并且后续波最大值之间的间距可能在某种程度上偏离波长，波长始终是为平面波定义的。 另请参阅关于Gouy相移的文章，它本质上是高斯光束与平面波的相位偏差进行比较。
波长和颜色
单色光根据其波长以某种颜色出现。 不幸的是，计算机屏幕不能产生单色光，而只能大致接近特定波长的视觉印象。 这已在图 1 中完成，在不同的计算机屏幕上显示会有所不同。
图2：不同波长的近似颜色。
与颜色感知相关的数量有客观的定量测量;请参阅有关比色法的文章。
光波：真空波长和介质中的波长
如果单色光波随后通过不同的透明介质传播，则其波长将发生变化，而其光学频率ν保持不变。 因此，通过其光学频率来表征这种波是最自然的。 然而，由于历史原因，更常见的是用光波（光）在空气中的波长来表征光波（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，真空波长是指定的。 空气中的波长非常接近真空波长，因为空气的折射率仅略高于1;微小的差异与大多数应用程序无关。 例如，1000 nm 的真空波长对应于空气中的 999.7259 nm。
对于给定的真空波长λ0，折射率为n的介质中的波长为λ = λ0 / n. 通常，折射率取决于光学频率或真空波长（→色色散）。
对于可见光，真空波长大致在 400 nm 到 700 nm 之间;可见光谱区域没有精确定义的边界，因为人眼的灵敏度是波长的平滑函数，并且因人而异。 真空波长较长的光称为红外光，而波长较短的光称为紫外线。
如果某些物理量取决于光学频率，则通常称为波长相关而不是频率相关，即使空间方面在相关现象中不起作用。
此外，通常根据波长范围的宽度而不是频率范围来指定光带宽（例如，激光增益介质的增益带宽）。 对于波长和频率范围之间的转换，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（假设间隔较小）。
光学波长的测量
光学波长可以用波长计测量，波计是一种干涉仪。 从测量的光学频率和光的真空速度间接评估波长可以更加精确，因为可以以极高的精度测量光学频率，并且光的真空速度现在（在SI系统中）是一个定义的量，即没有任何测量误差。
波长标准
通常使用某些光谱灯作为相当准确的波长标准。 此外，还有依赖于更复杂的技术的光学频率标准，其中获得的波长要精确许多数量级。
非单色光
在许多情况下，光不是单色的，而是表现出相当大的光带宽。 然后，通常有兴趣确定峰值波长或基于光谱“重心”的平均波长。
在某些情况下，需要知道光功率如何在不同的波长或光学频率上分布。 这可以通过光谱分析仪来实现，理想情况下提供精确定义的功率谱密度（PSD）与频率波长的关系。 例如，这种数量的单位可以是W/nm或W/THz。
光学波长的重要性
光的波长与许多现象有关。 一些例子：
- 光的波长越长，其衍射倾向越强，即光束（例如激光束）的扩展趋势。 由于光波长非常短，许多激光器发射的衍射极限光束可以表现出相当小的光束发散，即在很远的距离上传播而不会显着增加光束面积。 波长在其他衍射现象中也相关，例如衍射光栅。
- 波长是任何干涉现象的基本量。 由于光学波长相当短，光学干涉仪通常需要非常高的机械稳定性，因为即使是亚微米级的传播长度变化也会大大改变干涉条件。
- 许多光学非线性只有在实现相位匹配的情况下才会产生重大影响。 相位匹配条件包含所涉及的光束的波长，而不仅仅是光学频率。
在许多其他情况下，实际上无关的量是光学频率，这当然与波长有关。 例如，激光活性离子的光泵浦中的共振效应会导致强烈的频率依赖性。 波长本身远大于原子或离子，与这些无关。
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”一词。 一些例子：
- 光源的发射波长是发射光的真空波长（或空气中的波长）。
- 布拉格反射镜的布拉格波长是该反射率最高的真空波长。
- 波导的截止波长是真空波长，超过该波长，引导模式将不复存在。
- 零色散波长是光纤群速度色散经常消失的真空波长。
- 例如，波长调谐是指修改激光器的发射波长（光学频率）。
- 波分复用是一种在时域运行的多路复用技术，常用于光纤通信。
参考文献
[1] R. Paschotta, "Wavelength or optical frequency, what is the better specification?"
