一種全新的“電磁波頻譜表”

盧文全

(中國電子科技集團公司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體物質一樣，已經成為支撐當今信息社會絕對不可或缺的物質之一.電磁波是組成它的電場與磁場隨時間由弱變強，再由強變弱交替變化，在自由空間或介質中向前傳播的一種電磁場物質與能量.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系.

電磁波譜用來描述電磁波的內容.傳統的電磁波譜都是用圖示方法[1], 即用分別標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-波長對應關系，并注明一些頻-波段名稱、特征和某些用途等內容. 對于互為反比例關系, 而且是在零到無窮大之間連續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，把頻率與波長連續變化關系加以“分組離散”化處理，讓電磁波的內容能夠系統而全面地歸納、整理、 匯編在文中這個有限的“電磁波頻譜表”里.該表比圖示方法更有利于人們準確認識和掌握電磁波這種場物質的內容, 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，所以把這個表的名稱確定為“電磁波頻譜表”.因為該表是國內外首次出現，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-頻段名稱及典型應用,頻率ν和波長λ0的表達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的實體物質(介質)里, 由于電磁波頻率不變，而傳播速度會伴隨n的增加而減小，所以速度和波長都是真空中數值的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. 物理學認為，光波與電波都是屬于電磁波場物質.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劃分.各層的名稱及其所劃頻率與波長范圍，多數是歷史上形成的.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的意義，無需特別加以追究，只是表1中有些劃分結果已經是國際上公認的，應該給以尊重. 波長是光波的重要參數，該表便把光波先劃分成微米波、納米波和皮米波后再做細分，同時對人眼可見的白光所包含的七種顏色特別加注了色彩標識.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，又細劃分為“近電波”和“近光波”.因為光波的長波限被認為是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)是科學合理的.一般說來, 處理近電波問題可以側重參考電波方面的方法；處理近光波問題則應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，但是，它們之間卻又有著很大的區別，這是電磁波的重要特點之一.

(3) 電磁波頻率和波長的數值是在零到無窮大之間連續分布.所以，表中不可能也無必要把每一個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式，即可迅速算出確定的頻率或波長數值，其計算精度視需要而定.表中分組列出的各個頻率與波長段，表示這個組段的電磁波.在產生方法及特性與應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系“分組離散”化處理，形成本文設計出“電磁波頻譜表”的根本依據.

(4) 在運用表中頻率與波長的計算公式時，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) 電磁波已經而且還將不斷獲得越來越廣泛的應用，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用方向以供參考.電磁波場物質也有兩面性.因此，在開發利用電磁波時，應該努力做到“興利防避”，不要犯發展傳統工業初期那樣對環境 “先污后治”的錯誤.

(6) 電磁波可以用量子化理論分析方法加以認識和應用.量子化后每一個量子的能量E是普朗克常量h與頻率ν的乘積,在“電磁波頻譜表”的下面對此給出了量化標注.

(7) 有理由相信，本文在國內外首次給出的這份“電磁波頻譜表”，對物理學具有很重要的價值和意義，對深化電磁波內容的認識和掌握，對電磁波知識普及及各層次的相關教學工作，一定會起到很好的促進與幫助作用.

表1 電磁波頻譜表

續表

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

參考文獻

1 劉學觀,郭輝萍.微波技術與天線.西安:西安電子科技大學出版社,2004.1

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