奧林巴斯顯微鏡電磁波輻射的性質

 可見光是一種復雜的現象，經典解釋與傳播的光線和波前，基于一個簡單的模型在 17 世紀末由荷蘭物理學家克里斯蒂安 · 惠更斯首次提出的概念。電磁輻射的大家庭，對其中可見光波狀現象屬于 （也被稱為輻射能量），是主車輛輸送能量，通過浩瀚的宇宙。機制的可見光是發射或吸收的物質，和它可以預見的反應在不同條件下作為它穿越空間和大氣中，形成的顏色在我們的宇宙中存在的基礎。

期限電磁波的輻射，由主席先生 James 克拉克 · 麥克斯韋，鑄造被從電場和磁場性能特點共同對所有形式的這種類似波的能量，如代的電和磁的振蕩電場表現為波浪傳播通過空間。可見光只代表小部分的電磁波輻射 （如圖 1 中分類），其中從高頻率宇宙和 γ 射線通過 x 射線、 紫外線、 紅外線輻射和微波爐，到非常低的頻率長波長的無線電波延伸的整個光譜。

光、 電和磁之間的聯系不明顯立即對早期的科學家們正在進行的光和物質的基本屬性。紅外燈，位于長紅色波長之外，是可見光的電磁輻射被發現的*個"無形的"形式。英國科學家、 天文學家赫歇爾 William 正在調查與溫度計和一個棱鏡的光和熱之間的關聯，當他發現溫度是*高的只是*出可見光的光譜中的紅色部分地區。赫歇爾建議必須有光在這不是肉眼可見的區域中的另一種類型。

紫外線的輻射，可見光譜的另一端是由威廉 · 里特，是*次的科學家探討關聯與可見光的能量之一發現的。通過觀察各種顏色的光刺激變暗的紙飽和的硝酸銀溶液的速率里, 特爾發現的另一個看不見光，*越譜，產生了增速*快的藍色端的形式。

電與磁*次相關聯在 1820 年丹麥物理學家漢斯 · 克里斯蒂安奧斯特發現，電流流過導線時能產生一個羅盤針的撓度過大。同年晚些時候，André-瑪麗 · 安培的法國科學家證實兩根導線載有電流可吸引或互相排斥，在時尚的磁極相似。在接下來的幾十年里，以下這些主角的額外調查產生越來越多的證據電學和磁學彼此非常密切相關。

*后，在 1865 年，蘇格蘭科學家 James 克拉克 · 麥克斯韋擴大他氣體動理論的數學解釋電和磁之間的聯系。麥克斯韋爾推測這兩種現象如此緊密綁定他們經常一起擔任電磁學，并發現交變電流會產生波由進速度在太空中的光輻射出這兩個實體組成。從這些意見，他得出結論可見光輻射電磁波的一種形式。

電磁波傳播或傳播的方向是面向直角的振動的電場 (E) 和磁場 (B) 振蕩場矢量的運送能量從輻射來源不明的*終目的地。兩振蕩的能量場是互相垂直的 （如圖 2 所示），并在以下的數學形式的正弦波的相位振動。電場和磁場矢量不是垂直于對方，但也與波的傳播方向垂直。由公約 》，并簡化的插圖，向量表示的電和磁振蕩的電磁波領域經常被省略，雖然它們被理解為仍然存在。

是否采取從廣播電臺，從壁爐、 牙醫的生產的 x 射線圖像的牙齒或來自太陽，各種類別的所有共享的電磁波輻射的可見光和紫外線的光輻射熱傳送到無線電信號的形式完全相同的基本類似波的屬性。每類的電磁波輻射，包括可見光，振蕩的山峰和山谷 （或槽），以定期方式和顯示特性的振幅、波長、 和頻率一起定義方向、 能源和輻射的強度。

在圖 2 中給出了一種電磁波的古典原理圖說明了的正弦振蕩電場和磁場分量向量，通過空間傳播時的性質。為方便起見，大多數插圖描繪電磁輻射故意省略磁性元件，而作為一個正弦波在x和y坐標定義的有一個二維圖形化情節代表只有電場矢量。按照約定，正弦波的y分量表示振幅的電動 （或磁場），而x組件表示時間，距離旅行或與另一個正弦波的相位關系。

衡量標準的所有電磁波輻射波長（在真空中），這波長的通常說明單位為納米 （一微米的千分之一） 的可視光部分的大小是頻譜的波長的。波長定義為兩個連續波峰 （或山谷） 的波形之間的距離 （見圖 2）。相應頻率的輻射波，是正弦周期 （振蕩或完整的波長），通過一個給定的點每秒，是波長的倒數成正比的數量。因此，較長的波長對應于較低頻率輻射和更短的波長對應于較高頻率輻射。頻率通常被表示數量的赫茲(Hz) 或周期每秒 （cps).

赫茲被指定為標準單位的電磁輻射頻率德國物理學家海因里希 · 赫茲，成功地生成和執行實驗與電磁波在 1887 年，麥克斯韋的死后八年的工作的肯定。赫茲生產、 檢測到，和甚至現在歸類在射頻范圍內的輻射的測量波長 （約一米）。一位音樂教授在他早期的職業生涯，是出生于倫敦的科學家 David 休斯可能實際上已經*名調查員，要成功地傳輸的無線電波 （1879 年），但未能說服英國皇家學會，他決定不發布他的工作，和它并不承認直到許多年以后。

不同的波長和頻率組成的各種形式的電磁波輻射從根本上相同的是，他們都以相同的速度旅行 — — 大約 186000 英里/每秒 （或大約每秒 30 萬公里），通常被稱為光 （和指定的符號c） 速度的速度。電磁輻射 （包括可見光） 旅行 1 億 4900 萬公里 （9300 萬英里） 從太陽到地球在大約 8 分鐘。與此相反的是，汽車的速度在 100 公里每小時 （60 英里每小時） 將需要 177 年，使相同的單程旅行。只一秒鐘，光可以繞地球七次。

波長的光和所有其他形式的電磁波輻射，被涉及到頻率由一個相對簡單的方程：

在哪里c是光速 (在米每秒)、 ν是頻率的光在赫茲 (Hz) 和λ是以米測量光的波長。從這種關系可以看出光的波長是與頻率成反比。頻率增加產生波長的光，與包括光的光子的能量相應的增加成比例減少。在進入一個新的媒介 （如玻璃或水從空氣），速度和光的波長被減少，雖然頻率保持不變。

在正常情況下，通過均勻的介質，如空氣或真空，旅行時，光在直線中傳播直到與另一種介質相互作用或材料誘導的路徑改變，通過折射（彎曲） 或反射。由介質，可能也由于吸收減少強度。如果光波通過窄縫或孔徑 （孔），然后他們可以是衍射或分散 （分散），形成特征衍射模式。根據知名的平方反比定律，電磁輻射的強度 (或輻照度） 是距離的移動的平方成反比。因此，光有旅行給定距離的兩倍后，強度下降由四個因素進行。

可見光顯示經典類似波的性質，但它也具有性能讓人聯想到的粒子，都通過擁有能量和動量 （但沒有質量），和被稱為光子的實體表現出來。原子是所有形式的電磁波輻射的來源是否可見或不可見。高能量形式的輻射，如伽瑪波和 x 射線，被生產的事件發生，破壞了原子的核穩定性。輻射具有較低的能源，如紫外線、 可見光和紅外燈，以及電臺和微波爐，起源于電子云中電子環繞原子核或與另一個原子的相互作用。這些形式的輻射會發生由于電子繞著原子的核移動被安排在不同能量水平內其概率分布函數中的事實。很多的電子可以吸收額外的能量的電磁波輻射的外部來源 （見圖 3），導致了他們晉升到本來就不穩定的高能量水平。

*終，"激發"電子失去的額外能量通過發射電磁波輻射能量較低，在這樣做的時候，又回到它原來的和穩定的能量水平。發射輻射的能量等于*初被減去其他小批量的通過多個輔助進程失去能量，電子吸收的能量。

電磁波輻射能量水平可以在很大程度取決于源電子或原子核的能量會發生變化。例如，無線電波具有顯著較少的能源比做微波、 紅外射線或可見光，和所有的這些波包含能量遠比紫外線光、 x 射線、 和 γ 波。作為一項規則，更高的電磁波輻射能量都與更短的波長比類似形式的輻射具有較低的能量有關。一種電磁波的能量與它的頻率之間的關系是方程表示的:

其中E是能量千焦每摩爾， h是普朗克常數，和其他變量的定義已經討論過。基于此方程，電磁波的能量是直接成正比的頻率和波長成反比。因此，作為頻率增加 （與波長相應減少)、 電磁波能量的增加和副反之亦然。不同類型的電磁輻射，其波長、 頻率和能量水平，由定義的選定的特征將在以下各段單獨審查。

即使電磁輻射的波長和頻率的波形由習慣上描述，其他特性的屬性重要時是考慮如何通過空間傳播的波。在圖 4 中給出了有各種波形代表共同利用所描述的均勻性的電磁波輻射程度的國家。因為可見光是輻射的*常討論形式，圖 4 中所示的例子是輻射的波長在光譜區域的代表。例如，單色光由波都有相同的波長和頻率，或從宏觀上，相同的顏色，在可見光。相比之下，多色可見光通常顯示為白色貢獻從所有或大部分波長介于 400 和 700 納米光譜中的混合物。

當燈為非極化（圖 4） 時，電場矢量振動躺在垂直于傳播方向的所有飛機。光已從臨界角度時，在光滑的表面反射或通過偏光濾鏡，假定平面極化方向與所有單一平面垂直于傳播方向振動的電動向量。光從太陽和大多數的普通白熾燈和熒光燈可見光源，是非極化，而通過偏光鏡片的自定義太陽鏡看到的光偏振光在垂直方向。在某些情況下，光可以被橢圓偏振光或圓極化當它穿過有不止一個的折射率的材料 （雙折射或雙折射物質）。

*人工和天然的光源發出非相干光顯示各種本譜 （圖 4） 中的波長之間的相位關系。在這種情況下，在空間或時間不一致的高峰和低谷中個別波的振動狀態。相干光的波長是在與對方，相組成和非常不同的方式比非相干光的光學性質和與物質相互作用的行為方式。波前產生的相干光有電場和磁場矢量的振動，在相振蕩，有低發散角的單色光源或有分布窄的波長通常由組成。激光器是常見的相干光的來源。

有同軸、 相對非發散的路徑，當他們通過空間旅行的光波被稱為準直。這種有組織的形式的光不傳播或收斂在很大程度相對較長的距離。平行的光形成一束非常密集，但不一定有很窄的波長 （也不一定是單色），常見的相位關系或定義的偏振狀態。波前的準直光是傳播的平面和垂直于軸線。相比之下，發散性或非準直光穿越太空，同時傳播到不同程度，必須通過透鏡或孔徑為準直或集中傳遞。

伽瑪射線-擁有*高的頻率 （和*短波長） 的高能輻射 γ 射線發射出去，原子核，包括某些放射性材料 （自然的和人造的） 的原子核內過渡的結果。伽瑪波也起源于核爆炸和其他各種來源在外層空間。這些**的射線具有巨大的穿透能力，并且已報告能夠通過三米的混凝土 ！個別伽瑪射線光子包含如此多的能量他們很容易被發現，但極小的波長限制任何波動性質的實驗觀察。來自宇宙，包括*新星爆炸、 中子星、 脈沖星和黑色的洞，*熱的區域的伽瑪射線穿越浩瀚的距離，在到達地球的空間。這種高能輻射的形式具有波長小于百分之一的納米 （10 皮米)，光子能量大于 500 kiloelectron-伏特 （千電子伏） 和頻率*過 30 exahertz （EHz).

暴露于伽瑪射線可以誘導基因突變、 染色體畸變，甚至細胞死亡，經常觀察在某種形式的輻射中毒。然而，通過控制排放的伽瑪射線，放射科醫師可以重新直接高的能量水平，以防治疾病，幫助治愈某些形式的癌癥。伽瑪射線天文學是宇宙的相對較新的科學，以產生圖像，收集這些高能量的波，如圖 5 所示。這種技術提供了科學家們機會來觀察遙遠天體現象中尋找新的物理概念，和測試理論，不能受到地球上在這里進行的實驗。

X 射線-有一個只是以上紫外線 （但低于 γ） 的頻率范圍的電磁波輻射被歸類為 x 射線，并有充沛的很易通過很多材料，包括動物的軟組織。這些**的海浪，再加上他們公開感光乳劑的能力的高穿透深度導致 x 射線在醫學中的廣泛使用，調查紋理在人體內，和在某些情況下，作為治療或外科手術的工具。在同樣的方式作為更高能量的伽瑪射線，x 射線不受控制的暴露可以導致基因突變、 染色體畸變和其他形式的細胞損傷。傳統影像學成像方法本質上是產生比影子鑄件的致密的物質，而不是詳細的圖像。利用鏡子光學、 x 射線聚焦技術的*新進展然而，導致顯著更詳細的影像從各種對象利用 x 射線望遠鏡、 x 射線顯微鏡和干涉儀。

在外層空間的熱氣體發出**的 x 射線，是以天文學家能夠獲得有關的起源和宇宙的星際區域特點的信息利用的頻譜。許多極熱的天體，包括太陽，黑色的洞和脈沖星，發出主要在 x 射線波段的光譜，并且是對天文 x 射線調查的主體。X 射線的頻譜與臨近的一個原子直徑的*短波長跨越范圍非常大。然而，整個的 x 射線光譜區域遍歷長度規模大約 10 納米和 10 皮米之間。這個波長范圍內使 x 射線輻射的一個重要工具到地質學家和化學家為表征的結構和性能的結晶性材料，對 x 射線的波長相媲美的長度尺度有定期的結構特點。

紫外線-通常縮寫 （uv），紫外線輻射傳播在只以上那些紫在可見光譜中的頻率。雖然這個光譜區域的低能量結束是毗鄰可見光，紫外線在他們的頻率范圍的上端有足夠的能量來殺死活的細胞，產生明顯的組織損傷。太陽是恒流源的紫外線輻射，但地球大氣的 （主要是臭氧分子） 有效地阻止絕大多數此潛在致命的輻射流，更短的波長從而具有適宜的生活環境，植物和動物。在紫外線光子能量，足以把大氣中的氣體分子數目從原子電離，這是電離層是創建和持續的過程。雖然小劑量的這種相對較高能光可以促進維生素 D 在正文中的生產，導致*小曬黑的皮膚，太多的紫外線輻射可導致嚴重曬傷、 常任理事國的視網膜損傷和皮膚癌癥的促進。

紫外線光在科學儀器來探測各種化學和生物系統的屬性的廣泛使用，而且它也是重要的天文觀測太陽系、 星系和宇宙的其他部分。星和其它天體是紫外線輻射強烈排放國。紫外波長光譜的范圍從大約 10 到大約 400 納米，與光子能量介于 3.2 和 100 電子伏特 （eV）。這一類輻射的水和食物治療作為抗微生物劑，作為光觸媒為籠狀化合物，有的應用程序，并利用硬化中醫學治療的強制轉換。紫外線的殺菌活性發生在波長小于約 290 納米。屏蔽和過濾化合物的一個市場受雇于皮膚乳液、 太陽鏡、 和窗口淡色旨在控制暴露于紫外線來自太陽。

一些昆蟲 （特別是蜜蜂） 和鳥類在紫外區響應波長較長，有足夠的視覺靈敏度和可能依賴這種能力在導航中。人類在其敏感性，吸收紫外線輻射通過角膜的較短的波長，在眼睛的晶狀體在波長長于 300 納米的強吸收有限。

可見光-彩虹的顏色與可見光的光譜相關約只占 2.5%的整個電磁波譜，并包括與之間大約 1.6 到 3.2 電子伏特的能量的光子。顏色不是光本身的屬性，但對顏色的感知發生通過人的眼神經腦遙感系統的聯合響應。在電磁頻譜的可見區域位于內窄的頻帶內，從大約 384 到 769 太赫茲 (THz) 和被看作是顏色從深紅色 （波長為 780 納米） 到深紫色 （400 納米）。

在序列由橙色 （597 622 納米），黃色 （577 597 納米）、 綠色 （492 577 納米）、 藍色 （455-492 納米），都跟隨的低能耗、 長波長的紅色顏色 （622-780 納米），*后，相對較高能量、 短波長紫 (455 納米及以下）。簡單的方法去記住 （中增加頻率） 的順序中可見光的光譜的顏色是用助記符的首字母縮寫詞Roygbiv (Red， O范圍， Yellow、 G綠色、 B傣文，我ndigo， Violet)，作為教近一個世紀以來的數以百萬計的學校的孩子，（雖然靛藍不再被認為是一種相關的顏色由一些科學家）。

基于物理屬性的顏色區域劃分的可見光光譜是直截了當的但在其中顏色感覺到的方式不是那么明顯。感知的主觀反應的人類的遙感系統向各頻率區域的可見光譜，以及各種不同的光的頻率組合顏色結果可以產生相同的視覺響應的"看到"的特定顏色。人類可能感覺到了綠色的顏色，例如，響應的幾種顏色的光的組合，其中沒有一個一定組成的"綠色"波長。

可見光是地球上的所有生命的基礎和初級生產者或自養生物，如綠色的植物被捕獲。這些基本的生物食品鏈成員利用太陽光作為制造自己的食物和生化構建基塊能量的來源。作為回報，自養生物釋放的氧氣，所有的動物所依賴的作為一種副產品。

在 1672 年，艾薩克 · 牛頓爵士可見光與玻璃棱鏡的相互作用進行了研究，*次認識到白色的光是實際上代表整個可見光的光譜中不同顏色的混合。白色的光來自于各種自然和人工的白熾燈來源，包括太陽、 化學反應 （如火災） 和白熾鎢細絲。從這種類型的來源廣泛的發射譜稱為熱輻射。其他來源的可見光，氣體放電管，如有能力取決于特定的能量水平轉換的源物質原子中的狹窄的、 良好定義的頻率范圍 （代表一個單一的顏色） 的發光。強烈的感知，個別顏色也從特定吸收、 反射或透射特性的材料和對象的都用白色的光照亮的結果。可見-紫外光光吸收譜的常見的合成染料，虹膜藍 B，如圖 6 所示。解決方案這燦爛的色彩的有機分子的吸收光的頻譜，可見光和紫外線地區和向大多數人類顯示為豐富，中等的藍顏色。

紅外輻射-通常縮寫紅外光譜、 紅外波長的大型樂隊從可見光的光譜的遠紅光部分延伸 （大約 700 780 納米） 到大約一毫米的波長。與光子能量范圍從大約 l.2 millielectron-伏到略低于 1.7 電子伏特，紅外波具有相應頻率 300 千兆赫 （GHz） 和大約 400 太赫茲 (THz) 之間。這種類型是輻射的可見光是輻射的不一定可探測或甚至目前的熱區與相關聯。例如，人類的身體不會發出可見光，但它確實排出的弱的紅外輻射，而是覺得可以記錄為熱。發射譜開始在大約 3000 納米和*越遠紅外線的范圍大約 10000 納米達到頂峰。

分子的所有對象的存在以上溫度的*零 （-273 攝氏度） 發出紅外射線，并且排放量一般隨溫度的。大約一半的太陽的電磁能量釋放出來，紅外區域，和大批量生產也加熱器和燈具等家居用品。白熾鎢燈絲燈泡是光的相當低效生產者，實際上發光更多紅外比可見光波。

依靠檢測的紅外輻射的常用工具是夜晚視覺范圍，電子探測器、 衛星和飛機和天文儀器儀表中的傳感器。所謂熱尋的******，軍隊使用由紅外探測器指導。在外層空間，紅外波長的輻射地圖間星星，如同由大暗斑可見從地球時查看銀河星系天體的塵埃。在家庭中，紅外輻射加熱和干燥的衣服，以及允許遠程控制操作的車庫門和家庭娛樂組件在熟悉的作用。

紅外攝影利用近紅外光譜對記錄圖像專門電影取證，遙感 （如空中農作物和森林調查），繪畫修復、 衛星成像和軍事監控應用中很有用。奇怪的是，太陽鏡和其他光學表面涂有紫外和可見光光阻劑的紅外照片顯示為透明，并揭示看似不透明鏡片后的眼睛。紅外攝影膠片不會記錄輻射熱 （熱） 分布，因為它不是足夠敏感的長波長輻射 （遠紅外線）。在圖 7 中提出了一種是兩個美國城市和維蘇威山，在意大利的幾個紅外傳感器生成的衛星圖像。

微波爐-目前在數以百萬計的家庭用于加熱食品，微波光譜波長范圍從大約一毫米到三十厘米 （或約一英尺） 廣泛技術的基礎。利用微波在準備食物的上訴結果從目前大多數食品中的水分子有一個旋轉共振頻率在微波范圍內的偶然情況。在 2.45 千兆赫 （12.2 厘米波長） 的頻率，水分子有效地吸收微波能量和隨后消散輻射作為熱 （紅外線）。如果容器組成的材料不包含水利用所持有的食物在微波爐中，他們往往仍要保持冷靜，添加很顯著的額外方便微波爐烹飪。

微波爐構成*高頻率的無線電波，和正在發射的地球，建筑、 汽車、 飛機和其他大型對象。此外，低級微波輻射滲透的空間，在那里它被推測在宇宙誕生的大爆炸公布。更高頻率微波是雷達，縮寫，代表RAdioDetecting And R懸掛卡瓶口、 傳輸和接收技術用于跟蹤大對象和計算的速度和距離的基礎。天文學家利用外星微波輻射研究銀河系和其他附近的星系。從學習的不帶電的氫原子，廣泛分布在空間的具體發射波長 （21 厘米或 1420年兆赫） 得到了大量的天文資料。

微波爐也可能被用于運送從地球軌道衛星在龐大的通訊網絡，在長距離，中繼從地面基站信息和地形地貌測繪到信息。出人意料的是，一些海因里希 · 赫茲、 杰加迪斯 Chandra Bose 和納 (現代無線電之父），進行*次的電磁實驗進行了使用輻射或微波區域附近。早期的軍事應用大寫在窄波束寬度和增加調制帶寬允許的可獲得焦點的微波爐，也很難攔截，載相對較大數量的信息。存在著一些爭議在科學界與持續和累積微波輻射暴露從移動電話塔，泄漏微波爐和把移動電話接近大腦在使用過程中的行為相關聯的癌癥和熱組織損傷的潛在健康風險。

無線電波-電磁頻譜的膨脹射頻部分包括波長從約 30 厘米到數千公里。在此范圍內的輻射包含很少的能量，和頻率的上限 （約 1 千兆赫） 發生在結束了，樂隊囚無線電和電視廣播的地方。在這樣低的頻率，輻射的光子 （顆粒） 字符不是明顯的和波會出現傳遞能量在平滑、 連續的時尚。那里是沒有理論的上限，射頻輻射的波長。（60 赫茲） 的低頻交變電流由電源線，作為一個例子，有一個波長約 500 萬米 （或大約 3000 英里）。用于通信的無線電電波調制兩種傳輸規格之一：調幅（AM） 波，不同而不同的波長，振幅和頻率調制（FM； 見圖 8） 不同的波長頻率。無線電波在工業、 通信、 醫藥、 和磁共振成像 （MRI的重要作用).

電視的聲音和視頻部分通過運輸的穿過大氣層較短的無線電波具有波長小于一米，很像 FM 收音機廣播調制。無線電波也由遙遠星系中恒星產生，并可以使用專門的射電望遠鏡的天文學家通過檢測。長波浪，幾個百萬英里長，已檢測到的輻射向地球從深藏在空間。因為是信號太弱，射電望遠鏡是經常聯合在一起的平行排列，其中包含大量的巨大基于天線的接收器。

當學習一系列廣泛的輻射電磁波譜的頻率 （每單位時間的擺動次數） 和光的波長 （每個振蕩的長度） 之間的關系的性質變得明顯。很高的頻率電磁波的輻射，如伽瑪射線、 x 射線、 和紫外線光，包括非常短的波長和產生大量的能量。另一方面，低頻率輻射，包括可見光、 紅外線、 微波、 無線電波，具有相應更長的波長與較低的能量。雖然在電磁頻譜通常被描述為在頻率和波長遍歷約 24 個數量級，沒有內在的上部或下部界限的波長和頻率的這個連續分布的輻射。