電磁波譜中各波段的名稱 波長 特性以及應用領域

時間 2021-08-30 11:22:00

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電磁波譜:將電磁波按照波長或頻率、波數、能量的大小順序排列

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實驗證明,無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、γ射線等都是電磁波,只是波源不同,波長(或頻率)也各不同。將各種電磁波在真空中的波長(或頻率)按其長短,依次排列製成的圖表(圖2-2)叫做電磁波譜。

在電磁波譜中,波長最長的是無線電波,無線電波又依波長不同分為長波、中波、短波、超短波和微波。其次是紅外線、可見光、紫外線,再次是x射線。波長最短的是γ射線。

整個電磁波譜形成了一個完整、連續的波譜圖。各種電磁波的波長(或頻率)之所以不同,是由於產生電磁波的波源不同。例如,無線電波是由電磁振盪發射的,微波是利用諧振腔及波導管激勵與傳輸,通過微波天線向空間發射的;紅外輻射是由於分子的振動和轉動能級躍遷時產生的;可見光與近紫外輻射是由於原子、分子中的外層電子躍遷時產生的;紫外線、x射線和γ射線是由於內層電子的躍遷和原子核內狀態的變化產生的;宇宙射線則是來自宇宙空間。

在電磁波譜中,各種型別的電磁波,由於波長(或頻率)的不同,它們的性質就有很大的差別(如在傳播的方向性、穿透性、可見性和顏色等方面的差別)。例如,可見光可被人眼直接感覺到,看到物體各種顏色;紅外線能克服夜障;微波可穿透雲、霧、煙、雨等。但它們也具有共同性:

1.各種型別電磁波在真空(或空氣)中傳播的速度相同,都等於光速:

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,遙感技術所使用的電磁波集中在紫外線、可見光、紅外線到微波的光譜段,各譜段劃分界線在不同資料上採用光譜段的範圍略有差異。本書採用表2-1中所列出的波長範圍。

表2-1 遙感技術使用電磁波分類名稱和波長範圍

遙感常用的各光譜段的主要特性如下:

紫外線 波長範圍為0.01—0.4μm。

太陽輻射含有紫外線,通過大氣層時,波長小於0.3μm的紫外線幾乎都被吸收,只有0.3—0.

4μm波長的紫外線部分能穿過大氣層到達地面,且能量很少,並能使溴化銀底片感光。紫外波段在遙感中應用比其它波段晚。目前,主要用於探測碳酸鹽巖分佈。

碳酸鹽巖在0.4μm以下的短波區域對紫外線的反射比其它型別的岩石強。另外,水面飄浮的油膜比周圍水面反射的紫外線要強烈,因此可用於油汙染的監測。

但是紫外波段從空中可探測的高度大致在2000m以下,對高空遙感不宜採用。

可見光 可見光在電磁波譜中,只佔一個狹窄的區間,波長範圍0.4—0.76μm。

它由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫色光組成。人眼對可見光可直接感覺,不僅對可見光的全色光,而且對不同波段的單色光,也都具有這種能力。所以可見光是作為鑑別物質特徵的主要波段。

在遙感技術中,常用光學攝影方式接收和記錄地物對可見光的反射特徵。也可將可見光分成若干個波段同一瞬間對同一景物、同步攝影獲得不同波段的像片;亦可採用掃描方式接收和記錄地物對可見光的反射特徵。可見光是遙感中最常用的波段。

紅外線 紅外線波長範圍為0.76—1000μm,為了實際應用方便,又將其劃分為:近紅外(0.

76—3.0μm),中紅外(3.0—6.

0μm),遠紅外(6.0—15.0μm)和超遠紅外(15—1000μm)。

近紅外在性質上與可見光相似,所以又稱為光紅外。由於它主要是地表面反射太陽的紅外輻射,因此又稱為反射紅外。在遙感技術中採用攝影方式和掃描方式,接收和記錄地物對太陽輻射的紅外反射。

在攝影時,由於受到感光材料靈敏度的限制,目前只能感測0.76—1.3μm波長範圍。

近紅外波段在遙感技術中也是常用波段。

中紅外、遠紅外和超遠紅外是產生熱感的原因,所以又稱為熱紅外。自然界中任何物體,當溫度高於絕對溫度(-273.15℃)時,均能向外輻射紅外線。

物體在常溫範圍內發射紅外線的波長多在3—4μm之間,而15μm以上的超遠紅外線易被大氣和水分子吸收,所以在遙感技術中主要利用3—15μm波段,更多的是利用3—5μm和8—14μm波段。紅外遙感是採用熱感應方式探測地物本身的輻射(如熱汙染、火山、森林火災等),所以工作時不僅白天可以進行,夜間也可以進行,能進行全天時遙感。

微波 微波的波長範圍1mm—1m。微波又可分為:毫米波、釐米波和分米波,見表2-1。

微波輻射和紅外輻射兩者都具有熱輻射性質。由於微波的波長比可見光、紅外線要長,能穿透雲、霧而不受天氣影響,所以能進行全天候全天時的遙感探測。微波遙感可以採用主動或被動方式成像,另外,微波對某些物質具有一定的穿透能力,能直接透過植被、冰雪、土壤等表層覆蓋物。

因此,微波在遙感技術中是一個很有發展潛力的遙感波段。

在電磁波譜中不同波段,習慣使用的波長單位也不相同,在無線電波段波長的單位取千米或米,在微波波段波長的單位取釐米或毫米;在紅外線段常取的單位是微米(μm),在可見光和紫外線常取的單位是奈米(nm)或微米。波長單位的換算如下:

1nm=10-3μm=10-7cm=10-9m

1μm=10-3mm=10-4cm=10-6m

除了用波長來表示電磁波外,還可以用頻率來表示,如無線電波常用的單位為吉赫(ghz)。習慣上常用波長表示短波(如γ射線、x射線、紫外線、可見光、紅外線等),用頻率表示長波(如無線電波、微波等)。

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