电磁频谱

电磁频谱覆盖的电磁波的频率范围从1赫兹以下到10 ²⁵赫兹以上，对应的波长范围是数千公里到原子核大小的几分之一。该频率范围被划分为不同的频带，每个频带内的电磁波用不同的名称来称呼。从频谱的低频（长波长）开始，它们是：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和高频（短波长）端的伽马射线。每个频带中的电磁波具有不同的特性，例如它们的产生方式，它们与物质的相互作用方式以及它们的实际应用。长波长的极限是宇宙本身的大小，而人们认为短波长极限在普朗克长度附近。 伽马射线，X射线和高紫外线被归类为电离辐射，因为它们的光子具有足够的能量使原子电离，从而引起化学反应。

天线发射和接收无线电波，天线由诸如金属棒谐振器之类的导体组成。在人工产生无线电波中，称为发射器的电子设备会产生施加到天线的交流 电流。天线中的振荡电子会产生振荡的电场和磁场，并以无线电波的形式从天线辐射出去。在接收无线电波时，无线电波的振荡电场和磁场耦合到天线中的电子，来回推动它们，产生振荡电流，该振荡电流被施加到无线电接收器上。除电离层中可以反射某些频率的带电粒子层外，地球的大气层对无线电波主要是透明的。

在无线电广播、电视、双向无线电、 移动电话、通信卫星和无线网络等无线电通信系统中，无线电波被广泛用于跨距离传输信息。在无线电通信系统中，通过改变幅度，频率或相位，在发射机中利用载有信息的信号调制射频电流，并将其施加到天线上。无线电波将信息跨空间传送到接收器，在接收器中，无线电波被天线接收，并通过解调提取信息在接收器中。无线电波还用于全球定位系统（GPS）和导航信标等系统中的导航，以及在无线电定位和雷达中定位远处的物体。它们还用于远程控制和工业加热。

无线电频谱的使用由各国政府严格监管，并由一个称为国际电信联盟（ITU）的机构进行协调，该机构将频率分配给不同的用户以用于不同的用途。

微波是在SHF和EHF频带中大约10厘米到1毫米的短波长的无线电波。速调管和磁控管以及固态器件（例如Gunn和IMPATT二极管）产生微波能量。尽管它们被短天线发射和吸收，但它们也被极性分子吸收，并耦合到振动和旋转模式，从而导致整体发热。与高频波（例如红外线和光波）不同微波主要在表面吸收，微波可以渗透到材料中并将其能量沉积在表面以下。这种作用用于加热微波炉中的食物，以及用于工业加热和医疗透热。微波是雷达中使用的主要波长，并且用于卫星通信和无线网络技术（例如Wi-Fi）。用于将低频无线电波传送到天线的铜电缆（传输线）在微波频率下会产生过多的功率损耗，而金属管则称为波导用于携带它们。尽管在该频带的低端，大气主要是透明的，但是在该频带的高端，大气气体对微波的吸收将实际传播距离限制在几千米。

太赫兹辐射或亚毫米波辐射是介于微波和远红外之间的大约100 GHz至30太赫兹（THz）的光谱区域，可以视为属于任一频带。直到最近，人们很少研究该范围，在所谓的太赫兹间隙中微波能量的来源很少，但是现在出现了诸如成像和通信之类的应用。科学家们还希望将太赫兹技术应用于xxx部队，因为高频波可能会直接射向敌军以使其电子设备无法工作。 太赫兹辐射被大气气体强烈吸收，使得该频率范围对长距离通信毫无用处。

电磁频谱的红外部分覆盖大约300 GHz至400 THz（1毫米– 750纳米）的范围。它可以分为三个部分：

• 远红外，从300 GHz到30 THz（1 mm – 10μm）。该范围的下部也可以称为微波或太赫兹波。该辐射通常被气相分子中的所谓旋转模式，液体中的分子运动以及固体中的声子吸收。在此范围内，地球大气中的水吸收非常强，以至于实际上使大气变得不透明。但是，在不透明范围内有某些波长范围（“窗口”）允许部分透射，可用于天文学。从大约200μm到几毫米的波长范围通常被称为亚毫米天文学，为200μm以下的波长保留远红外。
• 中红外，从30到120 THz（10–2.5μm）。高温物体（黑体辐射器）可以在此范围内强烈辐射，处于正常体温的人体皮肤在该区域的下端会强烈辐射。这种辐射被分子振动吸收，其中分子中的不同原子围绕其平衡位置振动。该范围有时称为指纹区域，因为化合物的中红外吸收光谱对该化合物非常特异。
• 近红外，从120到400 THz（2,500–750 nm）。与该范围相关的物理过程与可见光相似。该区域中的最高频率可以通过某些类型的胶卷以及用于红外照相和摄像的多种类型的固态图像传感器直接检测。

在红外频率之上是可见光。的太阳发出可见光区域的峰值功率，虽然通过所有波长示出了集成的整个发射功率谱，太阳发出略多于可见光红外线。根据定义，可见光是人眼最敏感的EM光谱的一部分。可见光（和近红外光）通常被分子和原子中的电子吸收和发射，这些分子和原子从一种能级移动到另一种能级。这种作用使人类的视觉和植物光合作用成为可能的化学机制。激发人类视觉系统的光只是电磁光谱的一小部分。一种彩虹表示电磁频谱的光学（可见）部分；红外光（如果可以看到的话）将位于彩虹的红色侧面之外，而紫外线则恰好位于紫色的末端之外。

人眼可检测到波长在380 nm至760 nm（400–790太赫兹）之间的电磁辐射，并将其视为可见光。其他波长，尤其是近红外（长于760 nm）和紫外（短于380 nm）波长有时也称为光，特别是当人类的可见性不相关时。白光是可见光谱中不同波长的光的组合。使白光通过棱镜将其分成在400 nm至780 nm可见光谱中观察到的几种颜色的光。

如果具有在EM光谱的可见区域中的频率的辐射反射离开某个对象（例如一碗水果），然后撞击眼睛，则会导致对场景的视觉感知。大脑的视觉系统将大量的反射频率处理成不同的阴影和色调，通过这种人们对这种认识不足的心理物理学现象，大多数人会感觉到一碗水果。