光的波長與頻率

光是一種「電磁波(Electromagnetic wave)」，電磁波是由「電場(Electric field)」與「磁場(Magnetic field)」交互作用而產生的一種「能量(Energy)」，這種能量在前進的時候就像水波一樣會依照一定的頻率不停地振動。光波(電磁波)具有振幅(Amplitude)、波長(Wavelength)與頻率(Frequency)，其中最重要的特性就是：光波的波長與頻率成反比；頻率與能量成正比；波長與能量成反比，這個部分後面會再詳細描述。
波長的單位「波(Wave)」基本上是能量沿著某一個方向前進所造成的現象，例如：當我們將一塊石頭丟入水中，由於石頭將本身的動能轉換成另外一種型式的能量，因此這個能量會使水面以「水波」的型式向四面八方擴散；當我們以手抖動一條繩子，由於手抖動將動能轉換成另外一種型式的能量，因此這個能量會使繩子以「繩波」的型式沿著繩子的方向傳播；同理，光波本身也是一種能量，因此也會以「光波」的型式沿著某一個方向前進。
「波長(Wavelength)」是使用在波動力學的名詞，其單位與長度的單位相同，通常使用「微米(um)」或「奈米(nm)」，微米與奈米之間的關係如圖5-1所示，圖中的每一個刻度相差10倍，毫米(mm)、微米(m)與奈米(nm)各自相差三個刻度，因此相差1000倍。一般人類頭髮的直徑(頭髮的粗細)大約100um，換句話說，1um相當於人類頭髮直徑(頭髮粗細)的百分之一而已。
光的波長與頻率
＞波長(Wavelength)
波長是指光波的波峰到波峰的距離，如圖5-2所示，光波的波長很小，通常以「微米(m)」或「奈米(nm)」為單位，例如：紅光的波長約為0.78um(等於780nm)，紫光的波長約為0.38um(等於380nm)。
＞頻率(Frequency)
頻率是指光波一秒鐘振動的次數，單位為「赫茲(Hz)」，如圖5-2所示。
＞光速(Velocity of light)
光波前進的速度稱為「光速」，其值固定為3ｘ10⁸公尺／秒，因此不論波長與頻率是多少，光速都是固定的，換句話說，1秒鐘內不同波長與頻率的光波前進的距離一定相同，因為光波前進的速度(光速)是固定的。
假設有兩種不同波長與頻率的光波1秒鐘內前進了相同的距離，如圖5-2所示，當光波的波長較長，則1秒鐘振動2次，其頻率較低(為2Hz)，如圖5-2(a)所示；當光波的波長較短，則1秒鐘振動4次，其頻率較高(為4Hz)，如圖5-2(b)所示，由此可見，光波的波長愈長，1秒鐘內振動的次數愈少，頻率愈低；光波的波長愈短，1秒鐘內振動的次數愈多，頻率愈高。光波(電磁波)的波長與頻率的換算公式如下：
 　　(5-1)
其中光速固定為c=3ｘ10⁸公尺／秒，將光波的波長代入即可求出頻率，由公式可以看出，波長愈長(分母愈大)，則頻率愈低(其值愈小)；波長愈短(分母愈小)，則頻率愈高(其值愈大)，顯然「光波的波長與頻率成反比」。
＞振幅(Amplitude)
振幅是指光波振動幅度的大小，代表光的強度，如圖5-2所示。光波的振幅大小與波長或頻率無關，振幅愈大則看起來愈亮；振幅愈小則看起來愈暗。

出自於 TiM創新科技網