什么是电磁（EM）谱（Electromagnetic (EM) Spectrum）？

电磁波谱被定义为一些电磁波的分布，是波长、频率或波数的函数。电磁波谱同时表现出波状和粒子状的特性。最短波长的行为是由波的特性主导的，而短波长的X射线和伽马射线的行为是由光子方面主导的，然而支配所有波长的基本规律却适用于所有的波长。这两个概念所要求的波粒二象性在光学范围内最常遇到，这个范围内的波处于或接近可见范围。

光的传播是由其波的性质决定的，这一点用麦克斯韦方程来分析。另一方面，与物质的相互作用是由量子力学决定的。电磁波谱的辐射的特点是其波长λ和频率ν，它们的关系是

其中c是电磁辐射在自由空间传播的速度，3×108米/秒。

电磁波谱表现出非常显著的行为变化。由于频率从长无线电波的104赫兹（1赫兹等于每秒一个周期）到常见的伽马射线的1021赫兹以上不等，迄今为止探测到的最高能量的宇宙伽马射线达到1035赫兹（4×1020eV）。



电磁波谱是所有类型的电磁辐射的范围，其中无线电频率被放在较长的一端，宇宙射线被放在较短的一端。这个光谱包括所有形式的电磁辐射，如无线电波、微波、红外辐射、可见光、紫外辐射、X射线、伽马射线，以及它们的子范围。所有这些形式的能量都是同一光谱的一部分，但它们有不同的属性和应用，包括相应的波长。

电磁波谱的分类大致是基于波的产生或检测方式。

以下是电磁波谱的不同子范围的列表，按照频率增加和波长减少的顺序。

无线电波的频率范围最低（3 Hz - 3 GHz），波长最长，从100多公里到约10厘米不等。它们被用于通信，如无线电和电视广播，以及导航，如GPS。

微波是次高频率的波，范围在3GHz-300GHz，波长在10厘米到大约1毫米之间。它们用于通信，如手机网络和GPS，也用于烹饪食物。

红外线辐射是介于300 GHz和400 THz频率之间的电磁辐射，其波长比可见光长，约一毫米到750纳米。它被用于加热，如红外线桑拿浴，以及用于夜视。

可见光的频率从400太赫兹到790太赫兹，波长约为750纳米-380纳米。它是唯一能被人眼看见的电磁辐射形式，包括彩虹的颜色。它被用于照明，如灯泡，以及用于摄影。

紫外线辐射的波长比可见光短，在380纳米-10纳米之间，频率范围从790太赫兹到30太赫兹。它被用于晒黑、消毒，如在医院，以及通过荧光暴露材料的缺陷。

X射线的频率范围为30 PHz - 30 EHz，其波长比紫外线短，从10 nm到10 pm。它们被用于医学成像，如X射线和CT扫描，以及材料科学等领域的研究。

伽马射线具有最高的频率范围（大于30赫兹）和最短的波长（小于10pm）。它们被用于医学治疗，如癌症放射治疗，以及研究，如成像和材料分析。

电磁波谱是我们生活中的一个重要部分。它在各种科学和技术领域发挥着独特的作用，了解它们的特性对新技术的发展至关重要。这些子范围还根据其频率和应用进一步划分为几个子范围。

无线电波

无线电波是一种电磁辐射，其波长在电磁波谱中比红外光长。这些电波是由导电线、冷气体云和宇宙微波背景中的电荷加速运动产生的。它也可以通过在天线上施加电流而人为地产生，这使天线振动，产生一波电磁能量，从天线向外辐射。波的频率决定了它的波长，而波长则决定了无线电波的类型。

无线电波用于各种目的，包括通信技术，如无线电和电视广播。下面是一些最常见的无线电波的子范围。

极低频（ELF）波是电磁波谱中无线电波部分的一个子范围，属于3赫兹至3千赫兹的频率范围。它们具有非常低的频率和超过100公里的超长波长。这些电波是由人造来源产生的，如电力线和电器。它们也是由各种自然发生的事件产生的，包括雷击和地球干扰。

ELF波是最长的波，可以穿过大气、水和固体物体。它覆盖的距离很长，对各种应用都很有用，包括。

与潜水艇的通信
石油、天然气和矿物的自然资源勘探。
研究地球磁场及其与带电粒子（如闪电）相互作用的科学研究。
导航系统，如GPS。
监视系统
天气预报
探测地震
甚低频（VLF）波是频率范围为3千赫-30千赫的无线电波，相应的波长范围为10公里至100公里。这些是由自然源产生的，如闪电和人为源，如核爆炸。

这些VLF波被用于时间信号广播、科学研究、与潜艇的通信和导航系统。由于其有限的带宽，VLF经常被用于低数据率的编码通信，如水下通信，使得它不适合用于音频传输。这些波也可以穿透泥土和岩石，达到一定的距离。长距离和稳定相位的特性是VLF频率的优势。

VLF波被用于各种应用，包括。

地球物理调查
遥感
低频（LF）波是无线电波，其频率范围为30 kHz - 300 kHz，相应的波长范围为1米至10公里。它们可以由人造来源产生，如无线电发射器。它们也是由地球磁场产生的，而地球磁场是由各种频率组成的。

它们被用于各种应用，包括导航系统和其他应用，如。

通信系统，包括调幅无线电广播、电视和移动电话
跨洋空中交通管制
医学成像，如MRI和CT扫描
气象信息广播。
探测地下物体、地震活动和地下水。
大气层的研究。
地下矿井的通信系统。
中频（MF）波是无线电波，其频率范围为300 kHz - 3 MHz，相应的波长范围为100米至1公里。这些波介于电磁波谱的低频（LF）和高频（HF）频段之间。

中频波的最常见的应用包括。

在医疗设备中，如磁共振成像（MRI）机和CT扫描。
在工业过程中，如金属焊接和切割。
在军事上的应用，如战场上的无线电和无人驾驶飞行器。
在雷达系统中，探测大气中的物体。
通信用途，如广播和电视。
导航系统
高频（HF）波是频率范围为3兆赫-30兆赫的波，相应的波长范围为10米至100米，由太阳和闪电等自然源产生，它们产生广泛的频率，包括高频波。

高频波的应用包括 

短波无线电广播
军事通信
在业余无线电中用于远距离通信和应急响应。
医疗设备和成像
工业生产过程
在气象学、天文学和海洋学领域的科学研究。
无线电和电视广播。
卫星通信
在安全系统中，如金属探测器。
雷达系统
导航系统
通讯系统，如手机和Wi-Fi
天气预报
遥感
甚高频（VHF）波是频率范围在30兆赫-300兆赫的无线电波，相应的波长范围为1米至10米，最适合于短距离地面通信，如在城市或城镇内。VHF波也能够穿透建筑物和其他障碍物，使其适用于双向无线电通信。

应用包括。

通信系统，如电视、调频广播和移动通信
在船舶和飞机的导航系统。
测量降水和其他气象现象的天气雷达。
用于玩具、无人机和其他设备的遥控系统，以及用于探测航空器的遥感系统。
卫星通信系统
医学成像系统
超高频（UHF）波是在300MHz-3GHz范围内的无线电频率，相应的短波长范围从10厘米到1米。这使它们成为短距离传输信号的理想选择，如在建筑物内或跨越一个城市。超高频电波还能穿透墙壁和其他障碍物，使它们对无线通信很有用。

应用包括。

无线网络系统，如Wi-Fi和蓝牙
GPS导航系统
车库门开启器、电视和其他设备的遥控系统。
工业自动化系统，如RFID，用于产品和材料的自动跟踪和识别。
通信系统，如电视、调频广播和移动通信
探测空中或地面上物体的雷达系统
医学成像
微波

微波辐射通常被称为 "微波"。它们是短波长的无线电波，频率在千兆赫兹（GHz）范围内，比无线电波的频率略高。在电磁波谱中，它们位于无线电波和红外辐射之间。低频无线电波和微波都是根据相同的基本原理运作。这些波与无线电波的区别在于用于获取它们的技术。它们是由特殊的真空管（称为克莱斯通、磁控管和冈恩二极管）产生的。

具有特定波长的微波可以穿过地球的大气层，在向轨道上的卫星传输信息时非常有用。因此，卫星天线是由金属制成的，因为它能有效地反射微波。某些频率的微波会被水吸收，这在烹饪中很有用。诸如衍射、折射、干涉和反射等波的现象会影响微波的传输。它可以穿过玻璃和塑料，这就是为什么在微波炉中使用塑料或玻璃容器是好的。

这些波是一种非电离辐射，意味着它们没有足够的能量对活细胞造成损害。它们被用于各种通信应用，如雷达系统、医学成像和工业过程，如干燥和固化材料和加热。微波炉使用微波来快速、均匀地加热食物。

以下是微波的一些最常见的子范围。

SHF（超高频）是频率范围在3GHz至30GHz的电磁波。这个频率范围是高频（HF）无线电频谱的一部分。这些波是由发射天线产生的，用于双向通信。它们也被用于短程无线通信，如蓝牙和Wi-Fi。它可以传播很远的距离，但它可以被路径上的障碍物阻挡或反射，如山脉和建筑物。

SHF波被用于广泛的应用中，包括。

通信系统，如电视、无线电广播和数据通信。
雷达系统
射电天文学
医学成像
长距离无线通信，如卫星通信。
它们有很高的数据率，能够携带大量的信息。这些电波的使用成本相对较低，它们可以用来进行长距离的通信。然而，它们容易受到其他无线电信号的干扰，并可能受到大气条件的影响。这些波也比低频波，如超高频（UHF）波更昂贵。

极高频（EHF）波是波长相对较短的微波，其频率范围在30GHz和300GHz之间。这些波在所有电磁波中具有最短的波长，可以以光速穿越空间，并可用于远距离传输数据。

应用。

卫星通信
雷达系统
在军事上用于监视和通信。
在医学成像中，如MRI和CAT扫描。
Ka波段微波的频率范围在27GHz到40GHz之间。这项技术是在20世纪90年代末开发的。这个频段的频率较高，可以在较短的时间内传输更多的数据。它们也比其他微波频率更有效，意味着它们需要更少的功率来传输相同数量的数据。

应用。

卫星通信 
雷达系统
天气预报
无线电天文学
V波段微波是微波频谱的一部分，其范围从1GHz到300GHz。它们通常被用于40 GHz - 75 GHz的范围。

应用。

无线通信系统
在医学成像中
雷达系统
卫星通信
W波段微波是一种电磁辐射，其频率为75GHz-110GHz，属于毫米波范围。

应用。

无线通信系统
在医学成像中
雷达系统
卫星通信
G波段微波是一种微波辐射，其高频范围从110GHz到300GHz。这些频率范围高于用于其他类型的微波辐射，如X波段和Ku波段。这些微波也被称为毫米波辐射，因为它们的波长在1到10毫米之间。

应用。

在医学成像中
雷达系统
卫星通信
红外线辐射

红外线辐射是一种电磁辐射，位于电磁波谱中的可见光和微波之间。它们的波长比可见光长，但频率比微波低。它们对人眼来说是不可见的，但可以通过特殊的仪器，如红外摄像机来检测。红外线辐射是由所有温度高于绝对零度的物体产生的。一个物体的温度越高，它发出的红外辐射就越多。

红外线辐射被用于各种应用，包括。

医学成像
夜视镜和照相机
遥感

远红外线（FIR）是电磁波谱上的一种电磁辐射，其频率范围从300GHz到20THz。它们的波长比可见光长，但比微波短，微波的波长从15微米-1000微米。人眼是看不到FIR的，但可以通过特殊的相机和传感器检测。

FIR被用于各种应用，包括。

医学成像
加热垫，在不加热周围空气的情况下加热物体。
通信系统
长波红外（LWIR）是一种电磁辐射，属于电磁波谱的红外部分，频率范围为20THz-37THz，相应的波长范围为8μm至14μm。它们也被称为热红外辐射。

LWIR被用于各种应用，包括。

热成像仪，在安全、监视和搜救中探测红外辐射。
军事行动、监视和搜救中的夜视设备。
在红外天文学中，用于研究宇宙
中波红外（MWIR）是电磁波谱的一部分，位于可见光和远红外区域之间，频率范围为37THz-100THz，相应的波长范围为3μm至5μm。它们是一种红外辐射，由比其周围环境更热的物体发出。这些辐射对人眼来说是不可见的，但可以被特殊的相机和传感器探测到。

MWIR被用于各种应用，包括。

夜视设备
热成像相机
医学成像，检测体内的肿瘤和其他异常情况。
在天文学中，探测太空中的遥远物体。
短波红外（SWIR）是电磁波谱的一部分，位于可见光和中红外之间。它们通常被定义为频率范围为100太赫兹-214太赫兹，相应的波长为0.9至1.7微米。

SWIR被用于各种应用，包括成像、传感和通信。

夜视设备
医学成像
在传感方面，检测温度、湿度以及某些材料和气体的存在，如二氧化碳和甲烷。
卫星通信
无线通信
近红外（NIR）是电磁波谱的一部分，位于可见光和微波辐射之间，频率范围为214太赫兹-400太赫兹，相应的波长范围为0.7至1.3微米。近红外通常被称为 "近红外"，因为它接近于可见光谱。它对人眼来说是不可见的，但可以被某些类型的相机检测到。

近红外被用于各种应用，包括。

医学成像
遥感
天文学
工业应用，检测材料的缺陷和某些化学品的存在。
消费产品，如数码相机和夜视镜
可见光

可见光是一种人眼可见的电磁辐射形式。这种电磁波谱的一小部分是由太阳、星星和其他光源产生的。它们也是由电火花、荧光灯和白炽灯以及其他人工光源产生的。这种电磁波谱是由彩虹的不同颜色组成的，每一种颜色都有自己的波长。红色的波长最长，而紫色的波长最短。

可见光也被用于许多科学和技术应用中。它们被用于显微镜，以放大物体；被用于望远镜，以观察太空中的遥远物体。它们还被用于光纤，这是一种用于远距离传输数据的技术。根据构成可见光光谱的不同颜色，可见光光谱可以进一步划分为几个子范围。

红光是所有可见光中波长最长的，频率最低。这意味着，与其他颜色的可见光相比，它的能量最少。红光的波长约为700纳米，其频率在400至480太赫兹之间。红光位于光谱的低端，仅高于红外线。

红光在现代世界有许多用途，例如。

警告信号，如交通信号
医学治疗
摄影和电影制作
在天文学中用于研究遥远的星系和恒星
电磁波谱中的橙色光是一种人眼可见的光。它位于可见光谱中的红色和黄色之间，频率为480太赫兹-510太赫兹，波长约为590至620纳米。

应用。

在医疗方面的应用，如光疗
工业应用，如激光切割和焊接
警告信号
电磁波谱中的黄光是一种可见光，位于绿色和橙色之间。它的频率范围为510-530太赫兹，相应的波长为570纳米-590纳米，是自然界中最常见的颜色之一。这种光是由太阳产生的，是可见光谱中最常见的颜色。它也是自然环境中最常见的颜色，因为它是白天天空的颜色。这种光也被应用于许多方面，例如。 

警告信号
摄影和电影拍摄
医疗应用
在科学和工业应用中，用于检测气体、金属、元素和分子
绿光是一种电磁辐射，是可见光光谱的一部分。它的频率范围为530太赫兹-580太赫兹，波长约为520纳米-570纳米，在可见光光谱中位于蓝色和黄色之间。这种光是可见光光谱中最丰富的颜色，也是最常与大自然联系在一起的颜色。它是由各种来源产生的，包括荧光灯和LED灯。

绿光被用于许多应用，包括。

摄影
警告信号
医疗应用
蓝光是一种电磁辐射，是可见光光谱的一部分。它的频率范围为580太赫兹-675太赫兹，波长在380至500纳米之间，比其他可见光颜色如红色、橙色、黄色和绿色短。这种光谱的光是能量最大的可见光是最有可能对眼睛造成伤害的，主要是因为它是由数字屏幕发出的，如电脑、平板电脑和智能手机。它也是由LED和荧光灯发出的。这种光有许多用途，包括。

健康--提高警觉性，调节昼夜节律
显示
紫光是一种在可见光光谱中发现的光。它的频率范围为675太赫兹-790太赫兹，相应的波长约为380-450纳米，是能量最高的可见光。它在可见光中具有最短的波长，通常被称为 "紫色 "光。

紫色光在科学和技术方面有许多用途，包括。

在医学成像中，如X射线和CT扫描中
摄影、电影摄影、印刷和娱乐业
紫外线（UV）辐射

紫外线（UV）辐射是一种电磁辐射，位于电磁波谱上的可见光和X射线之间。它们的波长比可见光短，频率比可见光高。这些是人眼所看不见的，但可以被某些类型的传感器检测到。紫外线辐射是由太阳自然产生的，也可以由人工来源产生，如日光浴床和电弧。

暴露在紫外线辐射下对人类健康有积极和消极的影响。在积极方面，紫外线辐射帮助身体产生维生素D，这对健康的骨骼和牙齿至关重要。在消极方面，过多地暴露在紫外线辐射下会导致晒伤、皮肤癌和眼睛损伤。

这个光谱可以进一步分为三个子范围。

紫外线A射线是一种从太阳发出的紫外线辐射，其频率范围为790 - 940太赫兹，相应的波长范围为320纳米至400纳米。它们具有紫外线辐射中最长的波长和最少的能量。这些射线也被称为 "黑光"，因为它们对人眼来说是看不见的。

它们被用于黑光应用，如广告展示和艺术表演。这些紫外线辐射是最丰富的紫外线辐射类型，占到达地球表面的紫外线的95%。它们也可以用于有益的目的，例如。

在日光浴床中，在没有紫外线B的有害影响的情况下达到晒黑的目的。
在医学治疗中，如光动力疗法
紫外线B射线是电磁波，频率范围为940太赫兹-1太赫兹，波长范围为280纳米至320纳米。UVB射线是最具破坏性的紫外线辐射类型，因为它们比UVA射线更深入地穿透皮肤。它们在科学和技术方面的应用包括。

在医学治疗中，如光疗
科学研究
紫外线C射线是一种存在于阳光中的紫外线辐射，其频率范围为1 PHz - 30 PHz，波长范围为100纳米至280纳米。它们是三种紫外线辐射中最短和最有能量的一种，而且它们的能量水平最高。这些射线对人眼来说是不可见的，但如果暴露在这些射线下过久，它们会造成皮肤损伤和其他健康问题。

这些射线的应用包括。

在医疗应用中，使用光动力疗法对医疗设备和医疗条件进行消毒
在工业应用中，对水和空气进行消毒
X射线

X射线是一种电磁辐射，就像可见光、无线电波和伽马射线一样，它比紫外线辐射的频率更高、波长更短。这些射线是由德国物理学家威廉-伦琴在1895年发现的。他注意到，当阴极射线管被打开时，该管附近的荧光屏会发亮。他把这种神秘的射线称为 "X射线"，因为它们在当时是未知的。

它们比可见光有更高的频率和更短的波长，而且它们有能力穿透固体物体。这些射线的应用包括

医疗应用
在工业上用于检查材料和检测缺陷
检测安全威胁
下面是一些最常见的X射线的子范围。

极端紫外线（EUV）X射线是一种电磁辐射，其频率范围为30 PHz - 30 EHz，波长范围为0.01纳米至10纳米。这些X射线对人眼来说是不可见的，但可以通过特殊仪器检测到。它们是由宇宙中的高能过程产生的，如太阳风中粒子的碰撞或恒星和星系的辐射发射。

EUV X射线对各种科学和技术应用都很重要，包括

天文学
医学领域
工业，如半导体工业，用于制造集成电路和其他电子元件
软X射线是一种电磁辐射，其频率范围为30 PHz - 3 EHz，波长范围为0.1 nm至10 nm。它们由各种来源产生，包括太阳、恒星和黑洞。这些X射线也在实验室环境中产生，如X射线管和同步加速器中。

软X射线被用于各种应用，包括。

在医学成像中，创建身体的图像
天文学
在材料科学中，在原子水平上研究材料的结构。
在工业应用中，如在半导体工业中
硬X射线是一种电磁辐射，其频率范围为3EHz-30EHz，波长范围为0.01nm至0.1nm。当高能粒子，如电子、质子和中子，与物质相互作用时产生。当这些粒子与原子碰撞时，它们可以使原子发出X射线。X射线的能量是由产生它们的粒子的能量决定的。粒子的能量越高，X射线的能量就越高。它们比软X射线具有更多的能量，能够穿透对可见光不透明的材料。这些射线的应用包括

医学成像
工业射线摄影
在安全扫描中，检测武器、爆炸物和其他违禁品
伽马射线

伽马射线被定义为具有最高频率和最短波长的电磁辐射。它们没有明显的子范围，是最有能量的光的形式。它们由各种来源产生，包括宇宙射线、放射性衰变和核反应的爆炸。这些也可以作为一些医学治疗的结果而产生，如放射治疗。

伽马射线在以下领域发挥着关键作用。

在核医学中，为身体的内部结构成像
科学研究
环境监测
在伽马射线天文学中，研究能量最大的事件，如超新星和黑洞
伽马射线光谱学
伽马射线成像