公尺（meter）是由巴黎科学院（Paris Academy of Sciences）于 1791 年所制定的，当时的定义是「通过巴黎的子午线，从北极到赤道的长度的千万分之一是一公尺」。为实现这个定义，一群大地测量家花了六年的时间，测量从敦克尔克（Dunkirk）到巴塞隆纳（Barcelona）之间的距离，并把这个定义做成了长度是一公尺的白金棒。但由于测量误差，这个公尺原器有 0.2 公厘（mm）的误差。

经过许多年，公尺制度渐渐被世界各国所接受，有 20 个国家于 1875 年签订公约，并成立国际度量衡局负责相关的业务。1889 年国际度量衡局改良第一代公尺原器的设计，制作了 30 支截面是Ｘ形的铂铱合金棒，分赠给各会员国，来统一及推广公尺的定义。并于 1927 年，把保存在国际度量衡局内的改良型公尺原器，当它在摄氏零度时，原器上两端刻线间的距离，做为国际公尺的定义。

但是用铂铱合金棒上的刻线来定义公尺，有许多缺点，例如刻线品质和材质稳定性都会影响尺寸的稳定性及重现性，而且一旦毁损后也无法复原。随着科技的发展，人们希望把长度基本单位建立在更科学、更可靠的基准上，而不再是用某一实体的尺寸做为标准。

1893 年迈克尔逊利用镉的红光波长及其发明的干涉仪，来量测铂铱公尺原器的长度，从而激发科学家用光波波长做为长度基准的想法。经过许多科学家对众多物质的光谱进行有系统的研究后，向国际度量衡局建议三条可能做为长度基准的光波谱线。最后在 1960 年第 11 届国际度量衡大会中，通过以氪-86 的辐射光波为长度基准，并定义「公尺等于氪-86 原子在 2p10 和 5d5 能阶间跃迁时，辐射光的真空波长的 1,650,763.73 倍」。

1960 年的一个重大科技进展是雷射诞生了，科学家利用其优异的单色性、方向性，以及消除都卜勒宽度的技术，使其频率稳定性及重复性比氪-86 高了 100 倍以上。除此之外，光波频率及光速值的量测技术也有惊人的进展。

经过物理学家及计量学家数十年的研究与验证，终于在西元 1983 年的第 17 届国际度量衡大会通过了新的公尺定义，「一公尺等于光在真空中 1／299,792,458 秒之间所行走的距离」。这个定义的特点是把真空中的光速值视为一个不变的物理常数，它的数值是 299,792,458 公尺／秒。历经了上述三次重大的变革，公尺的定义与实现方法已经分开，长度基准不再是某一种规定实体的尺寸或某一特定的辐射波长。因此公尺实现的准确度不再受定义限制，相反地，它会随着科技进展而不断地提升。

如何把公尺定义应用到实体的长度量测上？根据国际度量衡局的建议，实现的方法有两种。第一种是飞行时间法，即量测短脉冲光波行经待测长度时所需的时间，再乘以光速值就可得到长度值。这是属于长距离量测方式，适用在大地测量及卫星雷射测距。第二种是干涉法，量测方式是用已知波长的光源搭配光干涉技术来量测待测长度，最后长度值等于干涉条纹数乘上波长值。这是属于短距离量测方式，其准确度非常高，也是各国国家标准实验室采用的量测方法。

现今的光源有很多种，波长则从可见光到不可见光都有，但一般人并没有能力量测光波的波长或频率，因为它需要特殊的技术与设备。有鉴于此，国际度量衡局根据许多科学家的研究结果，建议了 12 条已知波长的辐射谱线，并清楚地描述其实施方式与工作条件。

中华民国国家度量衡标准实验室则根据国内需求，建立了三条建议辐射做为长度的原级标准，分别是碘稳频 633 nm 雷射、碘稳频 532 nm 雷射及钙稳频 657 nm 雷射。如果以碘稳频 633 nm 雷射为光源，用光干涉的方式在真空中量一公尺的长度，其不确定度是 2.5 × 10-11 公尺。

由于大部分量测系统是在普通的大气环境下工作，因此在空气折射率的影响下，即使采用碘稳频 633 nm 雷射进行干涉测长实验，以现在的技术水准，一公尺的量测不确定度最多可达到千万分之一公尺。这对一般的应用已足够，但如果要提升量测准确度，就必须在真空下进行实验或改善空气折射率的量测技术。

总之，公尺定义经过 200 年的演进，长度的基准已不再是一个实体，而是一个物理定义，任何人只要依上述的方法，都可产生一公尺的标准。

资料来源： 《科学发展》2005年5月，389期，74～76页