Question

电磁波的波长范围？

Answer 1

实验证明，无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、γ射线等都是电磁波，只是波源不同，波长（或频率）也各不同。将各种电磁波在真空中的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表（图2-2）叫做电磁波谱。

在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无线电波又依波长不同分为长波、中波、短波、超短波和微波。其次是红外线、可见光、紫外线，再次是X射线。波长最短的是γ射线。整个电磁波谱形成了一个完整、连续的波谱图。各种电磁波的波长（或频率）之所以不同，是由于产生电磁波的波源不同。例如，无线电波是由电磁振荡发射的，微波是利用谐振腔及波导管激励与传输，通过微波天线向空间发射的；红外辐射是由于分子的振动和转动能级跃迁时产生的；可见光与近紫外辐射是由于原子、分子中的外层电子跃迁时产生的；紫外线、X射线和γ射线是由于内层电子的跃迁和原子核内状态的变化产生的；宇宙射线则是来自宇宙空间。

在电磁波谱中，各种类型的电磁波，由于波长（或频率）的不同，它们的性质就有很大的差别（如在传播的方向性、穿透性、可见性和颜色等方面的差别）。例如，可见光可被人眼直接感觉到，看到物体各种颜色；红外线能克服夜障；微波可穿透云、雾、烟、雨等。但它们也具有共同性：

1.各种类型电磁波在真空（或空气）中传播的速度相同，都等于光速：

c=3×1010cm/s

2.遵守同一的反射、折射、干涉、衍射及偏振定律。

目前，遥感技术所使用的电磁波集中在紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段，各谱段划分界线在不同资料上采用光谱段的范围略有差异。本书采用表2－1中所列出的波长范围。

表2－1 遥感技术使用电磁波分类名称和波长范围

遥感常用的各光谱段的主要特性如下：

紫外线 波长范围为0.01—0.4μm。太阳辐射含有紫外线，通过大气层时，波长小于0.3μm的紫外线几乎都被吸收，只有0.3—0.4μm波长的紫外线部分能穿过大气层到达地面，且能量很少，并能使溴化银底片感光。紫外波段在遥感中应用比其它波段晚。目前，主要用于探测碳酸盐岩分布。碳酸盐岩在0.4μm以下的短波区域对紫外线的反射比其它类型的岩石强。另外，水面飘浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈，因此可用于油污染的监测。但是紫外波段从空中可探测的高度大致在2000m以下，对高空遥感不宜采用。

可见光 可见光在电磁波谱中，只占一个狭窄的区间，波长范围0.4—0.76μm。它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色光组成。人眼对可见光可直接感觉，不仅对可见光的全色光，而且对不同波段的单色光，也都具有这种能力。所以可见光是作为鉴别物质特征的主要波段。在遥感技术中，常用光学摄影方式接收和记录地物对可见光的反射特征。也可将可见光分成若干个波段同一瞬间对同一景物、同步摄影获得不同波段的像片；亦可采用扫描方式接收和记录地物对可见光的反射特征。可见光是遥感中最常用的波段。

红外线 红外线波长范围为0.76—1000μm，为了实际应用方便，又将其划分为：近红外（0.76—3.0μm），中红外（3.0—6.0μm），远红外（6.0—15.0μm）和超远红外（15—1000μm）。

近红外在性质上与可见光相似，所以又称为光红外。由于它主要是地表面反射太阳的红外辐射，因此又称为反射红外。在遥感技术中采用摄影方式和扫描方式，接收和记录地物对太阳辐射的红外反射。在摄影时，由于受到感光材料灵敏度的限制，目前只能感测0.76—1.3μm波长范围。近红外波段在遥感技术中也是常用波段。

中红外、远红外和超远红外是产生热感的原因，所以又称为热红外。自然界中任何物体，当温度高于绝对温度（-273.15℃）时，均能向外辐射红外线。物体在常温范围内发射红外线的波长多在3—4μm之间，而15μm以上的超远红外线易被大气和水分子吸收，所以在遥感技术中主要利用3—15μm波段，更多的是利用3—5μm和8—14μm波段。红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的辐射（如热污染、火山、森林火灾等），所以工作时不仅白天可以进行，夜间也可以进行，能进行全天时遥感。

微波 微波的波长范围1mm—1m。微波又可分为：毫米波、厘米波和分米波，见表2-1。微波辐射和红外辐射两者都具有热辐射性质。由于微波的波长比可见光、红外线要长，能穿透云、雾而不受天气影响，所以能进行全天候全天时的遥感探测。微波遥感可以采用主动或被动方式成像，另外，微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。因此，微波在遥感技术中是一个很有发展潜力的遥感波段。

在电磁波谱中不同波段，习惯使用的波长单位也不相同，在无线电波段波长的单位取千米或米，在微波波段波长的单位取厘米或毫米；在红外线段常取的单位是微米（μm），在可见光和紫外线常取的单位是纳米（nm）或微米。波长单位的换算如下：

1nm＝10-3μm=10-7cm＝10-9m

1μm=10-3mm=10-4cm=10-6m

除了用波长来表示电磁波外，还可以用频率来表示，如无线电波常用的单位为吉赫（GHz）。习惯上常用波长表示短波（如γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线等），用频率表示长波（如无线电波、微波等）。