一种全新的“电磁波频谱表”

卢文全

(中国电子科技集团公司34所 广西 桂林 541004)

众所周知，电磁波与由原子及分子组成的实体物质一样，已经成为支撑当今信息社会绝对不可或缺的物质之一.电磁波是组成它的电场与磁场随时间由弱变强，再由强变弱交替变化，在自由空间或介质中向前传播的一种电磁场物质与能量.电磁波的传播速度是其波长与频率的乘积, 在真空里是恒定不变的.所以,电磁波频率与波长互为反比例关系.

电磁波谱用来描述电磁波的内容.传统的电磁波谱都是用图示方法[1], 即用分别标注频率和波长的两条靠近的平行线，显示随着频率增加波长减小这样一种频率-波长对应关系，并注明一些频-波段名称、特征和某些用途等内容. 对于互为反比例关系, 而且是在零到无穷大之间连续变化的电磁波频率与波长而言，图示方法的局限性很大.在本文中则采用列表的形式，把频率与波长连续变化关系加以“分组离散”化处理，让电磁波的内容能够系统而全面地归纳、整理、 汇编在文中这个有限的“电磁波频谱表”里.该表比图示方法更有利于人们准确认识和掌握电磁波这种场物质的内容, 可以作为一种“工具”使用.由于表中既列有波长谱, 也列有频率谱，所以把这个表的名称确定为“电磁波频谱表”.因为该表是国内外首次出现，特做以下一些简要说明.

(1) 在表1的横向顶上第一栏里，列有波-频段名称及典型应用,频率ν和波长λ0的表达式由电磁波在真空中传播速度c=3×108m/s决定，如果在折射率为n的实体物质(介质)里, 由于电磁波频率不变，而传播速度会伴随n的增加而减小，所以速度和波长都是真空中数值的n分之一.

从第二列开始该表按照频率由低到高，波长由长到短依次分组加以排列. 物理学认为，光波与电波都是属于电磁波场物质.在表的纵向左边第一栏中, 便把全部电磁波分成了电波、太赫兹波和光波三大部份，每一部份又做了一些不同层次的更细划分.各层的名称及其所划频率与波长范围，多数是历史上形成的.表1中相邻波-频段界限的划分并不十分严格，但也不能太随意，一些略有不同的划分法并不一定具有本质的意义，无需特别加以追究，只是表1中有些划分结果已经是国际上公认的，应该给以尊重. 波长是光波的重要参数，该表便把光波先划分成微米波、纳米波和皮米波后再做细分，同时对人眼可见的白光所包含的七种颜色特别加注了色彩标识.以示这一很窄的光波-频谱段的特殊性与重要性.

(2) 介于电波与光波之间的太赫兹波，又细划分为“近电波”和“近光波”.因为光波的长波限被认为是100 μm[2]，毫米波的短波限是2 mm, 所以近电波为2 mm(0.15 THz)～100 μm(3 THz)；另一方面, 红外线的长波限被认为是50 μm，所以近光波则是100 μm(3 THz)～50 μm(6 THz). 也就是说，太赫兹波的频率(波长)范围定为0.15 THz (2 mm)～6 THz(50 μm)是科学合理的.一般说来, 处理近电波问题可以侧重参考电波方面的方法；处理近光波问题则应多考虑从光波方向去寻找解决思路.虽然光波与电波都是电磁波场物质，但是，它们之间却又有着很大的区别，这是电磁波的重要特点之一.

(3) 电磁波频率和波长的数值是在零到无穷大之间连续分布.所以，表中不可能也无必要把每一个频率或波长值都列出来, 若有需要，利用表中给出的频率和波长表达式，即可迅速算出确定的频率或波长数值，其计算精度视需要而定.表中分组列出的各个频率与波长段，表示这个组段的电磁波.在产生方法及特性与应用等方面基本上是相同或相近的，而不同频率与波长段的电磁波，其特性就有较大的不同. 这是可以把电磁波频率与波长关系“分组离散”化处理，形成本文设计出“电磁波频谱表”的根本依据.

(4) 在运用表中频率与波长的计算公式时，要特别注意频率和波长单位的正确使用，以及二者各自的换算关系.

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

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

(5) 电磁波已经而且还将不断获得越来越广泛的应用，在“电磁波频谱表”里是不可能列全的，仅仅简略地列出了一些典型的应用方向以供参考.电磁波场物质也有两面性.因此，在开发利用电磁波时，应该努力做到“兴利防避”，不要犯发展传统工业初期那样对环境 “先污后治”的错误.

(6) 电磁波可以用量子化理论分析方法加以认识和应用.量子化后每一个量子的能量E是普朗克常量h与频率ν的乘积,在“电磁波频谱表”的下面对此给出了量化标注.

(7) 有理由相信，本文在国内外首次给出的这份“电磁波频谱表”，对物理学具有很重要的价值和意义，对深化电磁波内容的认识和掌握，对电磁波知识普及及各层次的相关教学工作，一定会起到很好的促进与帮助作用.

表1 电磁波频谱表

续表

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

参考文献

1 刘学观,郭辉萍.微波技术与天线.西安:西安电子科技大学出版社,2004.1

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