一種全新的“電磁波頻譜表”

盧文全

(中國電子科技集團(tuán)公司34所 廣西 桂林 541004)

眾所周知，電磁波與由原子及分子組成的實(shí)體物質(zhì)一樣，已經(jīng)成為支撐當(dāng)今信息社會(huì)絕對(duì)不可或缺的物質(zhì)之一.電磁波是組成它的電場與磁場隨時(shí)間由弱變強(qiáng)，再由強(qiáng)變?nèi)踅惶孀兓?，在自由空間或介質(zhì)中向前傳播的一種電磁場物質(zhì)與能量.電磁波的傳播速度是其波長與頻率的乘積, 在真空里是恒定不變的.所以,電磁波頻率與波長互為反比例關(guān)系.

電磁波譜用來描述電磁波的內(nèi)容.傳統(tǒng)的電磁波譜都是用圖示方法[1], 即用分別標(biāo)注頻率和波長的兩條靠近的平行線，顯示隨著頻率增加波長減小這樣一種頻率-波長對(duì)應(yīng)關(guān)系，并注明一些頻-波段名稱、特征和某些用途等內(nèi)容. 對(duì)于互為反比例關(guān)系, 而且是在零到無窮大之間連續(xù)變化的電磁波頻率與波長而言，圖示方法的局限性很大.在本文中則采用列表的形式，把頻率與波長連續(xù)變化關(guān)系加以“分組離散”化處理，讓電磁波的內(nèi)容能夠系統(tǒng)而全面地歸納、整理、 匯編在文中這個(gè)有限的“電磁波頻譜表”里.該表比圖示方法更有利于人們準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和掌握電磁波這種場物質(zhì)的內(nèi)容, 可以作為一種“工具”使用.由于表中既列有波長譜, 也列有頻率譜，所以把這個(gè)表的名稱確定為“電磁波頻譜表”.因?yàn)樵摫硎菄鴥?nèi)外首次出現(xiàn)，特做以下一些簡要說明.

(1) 在表1的橫向頂上第一欄里，列有波-頻段名稱及典型應(yīng)用,頻率ν和波長λ0的表達(dá)式由電磁波在真空中傳播速度c=3×108m/s決定，如果在折射率為n的實(shí)體物質(zhì)(介質(zhì))里, 由于電磁波頻率不變，而傳播速度會(huì)伴隨n的增加而減小，所以速度和波長都是真空中數(shù)值的n分之一.

從第二列開始該表按照頻率由低到高，波長由長到短依次分組加以排列. 物理學(xué)認(rèn)為，光波與電波都是屬于電磁波場物質(zhì).在表的縱向左邊第一欄中, 便把全部電磁波分成了電波、太赫茲波和光波三大部份，每一部份又做了一些不同層次的更細(xì)劃分.各層的名稱及其所劃頻率與波長范圍，多數(shù)是歷史上形成的.表1中相鄰波-頻段界限的劃分并不十分嚴(yán)格，但也不能太隨意，一些略有不同的劃分法并不一定具有本質(zhì)的意義，無需特別加以追究，只是表1中有些劃分結(jié)果已經(jīng)是國際上公認(rèn)的，應(yīng)該給以尊重. 波長是光波的重要參數(shù)，該表便把光波先劃分成微米波、納米波和皮米波后再做細(xì)分，同時(shí)對(duì)人眼可見的白光所包含的七種顏色特別加注了色彩標(biāo)識(shí).以示這一很窄的光波-頻譜段的特殊性與重要性.

(2) 介于電波與光波之間的太赫茲波，又細(xì)劃分為“近電波”和“近光波”.因?yàn)楣獠ǖ拈L波限被認(rèn)為是100 μm[2]，毫米波的短波限是2 mm, 所以近電波為2 mm(0.15 THz)～100 μm(3 THz)；另一方面, 紅外線的長波限被認(rèn)為是50 μm，所以近光波則是100 μm(3 THz)～50 μm(6 THz). 也就是說，太赫茲波的頻率(波長)范圍定為0.15 THz (2 mm)～6 THz(50 μm)是科學(xué)合理的.一般說來, 處理近電波問題可以側(cè)重參考電波方面的方法；處理近光波問題則應(yīng)多考慮從光波方向去尋找解決思路.雖然光波與電波都是電磁波場物質(zhì)，但是，它們之間卻又有著很大的區(qū)別，這是電磁波的重要特點(diǎn)之一.

(3) 電磁波頻率和波長的數(shù)值是在零到無窮大之間連續(xù)分布.所以，表中不可能也無必要把每一個(gè)頻率或波長值都列出來, 若有需要，利用表中給出的頻率和波長表達(dá)式，即可迅速算出確定的頻率或波長數(shù)值，其計(jì)算精度視需要而定.表中分組列出的各個(gè)頻率與波長段，表示這個(gè)組段的電磁波.在產(chǎn)生方法及特性與應(yīng)用等方面基本上是相同或相近的，而不同頻率與波長段的電磁波，其特性就有較大的不同. 這是可以把電磁波頻率與波長關(guān)系“分組離散”化處理，形成本文設(shè)計(jì)出“電磁波頻譜表”的根本依據(jù).

(4) 在運(yùn)用表中頻率與波長的計(jì)算公式時(shí)，要特別注意頻率和波長單位的正確使用，以及二者各自的換算關(guān)系.

頻率： 1 Hz=10-3kHz=10-6MHz=10-9GHz=10-12THz.

波長： 1 m=10-3km=10 dm=102cm=103mm=106μm=109nm=1012pm.

(5) 電磁波已經(jīng)而且還將不斷獲得越來越廣泛的應(yīng)用，在“電磁波頻譜表”里是不可能列全的，僅僅簡略地列出了一些典型的應(yīng)用方向以供參考.電磁波場物質(zhì)也有兩面性.因此，在開發(fā)利用電磁波時(shí)，應(yīng)該努力做到“興利防避”，不要犯發(fā)展傳統(tǒng)工業(yè)初期那樣對(duì)環(huán)境 “先污后治”的錯(cuò)誤.

(6) 電磁波可以用量子化理論分析方法加以認(rèn)識(shí)和應(yīng)用.量子化后每一個(gè)量子的能量E是普朗克常量h與頻率ν的乘積,在“電磁波頻譜表”的下面對(duì)此給出了量化標(biāo)注.

(7) 有理由相信，本文在國內(nèi)外首次給出的這份“電磁波頻譜表”，對(duì)物理學(xué)具有很重要的價(jià)值和意義，對(duì)深化電磁波內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和掌握，對(duì)電磁波知識(shí)普及及各層次的相關(guān)教學(xué)工作，一定會(huì)起到很好的促進(jìn)與幫助作用.

表1 電磁波頻譜表

續(xù)表

(2)電磁波量子化每個(gè)量子能量E=hν,其中h=4.135 7×10-15eV·s=6.626 1×10-34J·s.

參考文獻(xiàn)

1 劉學(xué)觀,郭輝萍.微波技術(shù)與天線.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2004.1

2 (日)內(nèi)田直也,松田美一.光通信用語-96.ォプトコム,1996(77):1