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可见光是一个复杂的现象，是古典与基于传播射线和波前一个简单的模型来解释，这个概念首先在17世纪后期由荷兰物理学家惠更斯提出。 电磁辐射，大家族到可见光属于波浪状的现象（也称为辐射能 ），是主要通过车辆宇宙的浩瀚下游输送能量。 通过该发射可见光或通过物质吸收，以及它是如何在各种条件下可预测的反应，因为它穿过空间和大气中的机制，形成颜色的宇宙中存在的基础。
术语电磁辐射 ，由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦先生杜撰，从通用于所有形式的这波般的能量特性的电和磁特性衍生的，其表现都电磁振荡场的一代浪在空间传播。 可见光表示电磁辐射（如分类图1），其从高频的宇宙射线和γ射线通过X射线，紫外光，红外辐射，微波延伸的整个频谱，以非常低的仅仅一小部分，向下频率长波长的无线电波。
光，电，磁和之间的联系并没有立即明显早科学家谁是光与物质的基本特性试验。 红外光，它位于超出可见光的长红的波长，是被发现的电磁辐射的第一“看不见”的形式。 英国科学家和天文学家威廉·赫歇尔正在调查温度计和棱镜的热和光之间的关系时，他发现，温度最高的区域只是超出了可见光光谱的红色部分。 赫认为必须有在该区域是不可见的肉眼另一种类型的光。（奥林巴斯显微镜）
紫外线照射，在可见光谱的另一端，被发现由Wilhelm特尔，谁是第科学家研究用可见光有关的能量中的一个。 通过观察在该各种颜色的光激发的纸用硝酸银的溶液饱和变暗速率，里特发现，光的另一无形形式，超出了光谱的蓝色端，得到最快速率。
电学和磁学最初在1820年时，相关联的丹麦物理学家汉斯·克里斯蒂安·奥斯特发现，流过导线的电流会产生一个罗盘针的偏差。 同年晚些时候，法国科学家安德烈 - 玛丽·安培表明，两根电线承载的电流可以作出，以吸引或排斥对方，类似磁极的时尚。 在接下来的几十年里，下面这些线索补充调查产生的证据表明，电和磁是非常密切的相互关系越来越多。
最后，在1865年，苏格兰的科学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦扩大了他的运动气体的理论来解释数学电与磁之间的联系。 麦克斯韦推测，这两种现象是如此紧密相连，他们经常一起行动如电磁 ，并发现交流电会产生电磁波辐射是到太空以光的速度两个实体组成。 从这些观察，他得出的结论是可见光是电磁辐射的一种形式。
电磁波行进或传播在被定向成直角两个电（E）和磁（B）的振荡场矢量的振动，运送从辐射源能量到未确定最终目的地的方向。 在两个振荡能量场相互垂直（在图2中示出）和下一个正弦波的数学形式振动同相。 电场和磁场矢量不仅相互垂直，但也垂直于波的传播方向。 按照惯例，为了简化图示，表示电磁波的电场和磁场的振荡场的矢量常常省略，尽管它们被理解为仍然存在。
是否采取发送到从广播站的无线电信号的形式，热量从壁炉辐射，牙医的X射线产生的齿的图像，或可见光和紫外光来自太阳，各种类别的电磁辐射的所有发出有着相同和基波样性质。 每类的电磁辐射，包括可见光，以周期性的方式与峰和谷（或波谷）的振荡，并显示了特征振幅 ， 波长和频率一起限定辐射的方向，能量和强度。
在图2中呈现的电磁波的古典示意图示出振荡电场和磁场分量矢量，因为他们通过空间传播的正弦性质。 作为方便起见，多数的插图描绘电磁辐射故意省略磁性部件，而不是表示仅电场矢量在二维图形情节具有限定X和Y坐标的正弦波。 按照惯例，该正弦波的y分量表示电（或磁场）的振幅，而x分量表示时间，行驶的距离，或与另一正弦波的相位关系。
所有的电磁辐射的标准量度是波长的量级（在真空中），它通常以纳米（千分之一微米），用于在光谱的可见光部分的单位来表示。 的波长被定义为两个连续峰（或谷）的波形之间的距离（见图2）。 的辐射波，这是正弦周期（振荡或完整的波长），该传递给定点每秒的数量的相应频率 ，正比于波长的倒数。 因此，较长的波长对应于较低频率辐射和更短的波长对应于较高的频率的辐射。 频率通常以赫兹的数量（Hz）或周期每秒（cps）。
赫兹被指定为表彰德国物理学家海因里希赫兹，工作的电磁辐射频率的标准单位谁成功地创造和八年麦克斯韦去世后进行的实验与电磁波于1887年。 赫兹产生，检测，甚至测量的辐射的波长（大约1米）现在被分类在射频范围内。 大卫·休斯，一个伦敦出生的科学家是谁在他的职业生涯早期的音乐教授，实际上可能是第一个调查员的无线电波（1879年）的传输成功，但未能说服英国皇家学会之后，他决定不出版他的工作，这是不承认，直到多年以后。
不同波长和频率包括各种形式的电磁辐射是在根本上相似，它们的所有旅行以每秒相同的速率 - 大约186000英里（或每秒大约300,000千米），速度俗称光速（和用符号C）指定。 电磁辐射（包括可见光）沿从太阳到地球的1.49亿公里（93000000英里）约8分钟。 相比之下，汽车飞驰在每小时100公里（60英里每小时）将需要177年做出同样的单程旅行。 在只有一秒，轻者可绕行地球的七倍。
光的波长，和所有其他形式的电磁辐射，是关系到频率通过相对简单的公式：
其中，c是光的速度（米每秒），ν是光在赫兹（Hz）的频率，并且λ是在米处测量的光的波长。 从这个关系可以得出结论，光的波长是与频率成反比。 在频率的增加产生一个比例减少的光的波长，具有在包括所述光的光子能量的相应增加。 在进入一个新的介质（如玻璃或水来自空气），速度和光的波长减小，虽然频率保持不变。
在正常情况下，通过均匀介质中传播时，如空气或真空中，光以直线传播，直到与另一种介质或材料相互作用诱导路径改变，通过折射 （弯折）或反射 。 的强度也可以降低作为吸收介质的一个结果。 如果光波穿过窄缝或孔（孔），那么他们可以被衍射或分散（散射），以形成一个特征衍射图案。 按照公知的平方反比定律 ，电磁辐射的强度（或辐射）是反比于距离的平方行进。 因此，后光具有给定的行驶距离的两倍，强度下降了四倍。
可见光显示经典波动样特性，但它也显示出令人想起颗粒，其是通过该具有能量和动量（但没有质量）实体显现出来，被称为光子的性质。 该原子是各种形式的电磁辐射，无论是可见光或不可见的来源。 高能量形式的辐射，如γ波和X射线，是由发生破坏的原子的核稳定事件产生的。 辐射具有较低能量，如紫外线，可见光和红外光，以及无线电和微波，从周围的核或一个原子与另一个的相互作用的电子云起源。 这些形式的辐射的发生是由于事实，电子移动的轨道周围的原子的原子核被布置在不同的能量水平的概率分布函数内。 许多电子可以从电磁辐射的外部源吸收额外的能量（参见图3），这导致在其推广到一个内在不稳定的更高的能级。
最终，“兴奋”电子通过发射较低能量的电磁辐射失去的额外的能量，并且在这样做时，落回到其原始和稳定的能量电平。 所发射的辐射的能量等于最初由电子减去其他少量的能量通过多个二次加工的丢失所吸收的能量。
电磁辐射的能量水平可以变化以根据源电子或原子核的能量一个显著程度。 例如，无线电波具有显著较少的能量比微波，红外线，或可见光，并且所有这些波的含有少得多的能量比紫外线，X射线和γ波。 作为一项规则，较高的电磁辐射能量被具有较短的波长比类似形式的低能量辐射具有相关联。 电磁波的能量和其频率之间的关系可表示为方程：
其中E是在每摩尔千焦耳的能量，h是普朗克常数，并且其它变量的定义如前面所讨论。 基于这个公式，电磁波的能量成正比的频率和反比于波长。 因此，当频率增加（与在波长相应减少）时，电磁波的能量增加，反之亦然。 不同类型的电磁辐射的选定特征，通过波长，频率和能量水平的定义，将个别审查在下面的段落。
即使电磁辐射是由波形的波长和频率习惯描述，其他特征属性时考虑波通过空间传播的方式是重要的。 示于图4是表示被用于描述电磁辐射的均匀性的程度共同状态的各种波形。 因为可见光是最常讨论形式的辐射，在图4所示的例子是代表在该光谱区域的波长。 例如， 单色光由波都具有相同的波长和频率，或宏观，相同颜色的可见光。 与此相反， 多色可见光通常显示为白色 ，由于来自所有的混合物或大部分波长在光谱范围700之间400和纳米。
当光是非偏振的 （图4）中，电场矢量振动在躺在垂直于传播方向的所有平面。 光已经被反射从光滑表面以临界角，或通过偏振滤光器通过，假定平面偏振取向与所有的电矢量垂直于传播方向的振动在一个单一的平面。 来自太阳的光，并且大部分普通白炽灯和荧光灯可见光源的，是无偏振光，而光通过定制太阳镜偏振镜片看到极化在垂直方向。 在一些情况下，光可以是椭圆或圆偏振光，当它穿过该有一个以上的折射率（ 双折射或加倍折射的物质）的材料。
大多数人造和天然的光源发射非相干光，显示各种存在于光谱（图4）的波长之间的相位关系的。 在这种情况下，在个别波的振动状态的峰和谷在空间或时间上不重合。 相干光由波长在彼此同相的，并且表现在一个非常不同的方式比非相干光相对于光学性质和相互作用与物质。 用相干光所产生的波阵面具有电场和磁场矢量的振动该振荡的相位，具有低的发散角，并通常由单色光或具有窄分布的波长。 激光器是相干光的公共源极。
光波具有同轴的，相对无发散的路径，因为他们通过空间旅行被称为准直 。 这种有组织的光的形式不扩散或收敛到一个显著度超过比较长的距离。 准直的光形成了一个非常紧梁，但不一定有波长的窄频带（它也不一定是单色），一个共同的相位关系，或一个定义的偏振状态。 准直的光的波阵面是平面，并垂直于传播轴。与此相反， 发散或者非准直光传播不同而通过乘坐空间，并且必须通过透镜或孔径，以便被传递到准直或聚焦度。
伽马射线 -高能量辐射具有的最高频率（和最短波长），γ射线发射作为原子核内跃迁，包括某些放射性材料（天然的和人工的）核的结果。 伽玛波也从核爆炸和各种外层空间其他来源的起源。 这些强大的射线具有巨大的穿透能力，并已被报道能穿过混凝土三米！ 个别伽玛射线光子含有它们很容易被发现如此多的能量，但非常小的波长限制了实验观察的任何波状特性。 伽玛射线从宇宙中最热的区域，包括超新星爆炸，中子星，脉冲星，黑洞始发，通过广阔的距离前往太空到达地球。 这种高能量辐射的形式具有波长小于百分之一纳米（10皮米），超过500千电子伏（ 千电子伏 ），以及频率超过30 exahertz（EHz）更大的光子能量。
暴露于伽马射线能诱发突变，染色体畸变，甚至细胞死亡，如通常在一些形式的辐射中毒的观察。 然而，通过控制γ射线的发射，放射科医生可以重新引导高能量水平，以消除疾病和帮助治疗某些形式的癌症。 伽玛射线天文学是一个相对较新的科学作为如图5所示。此技术得到科学家的机会来观察遥远的天体现象在寻找新的物理概念，以产生宇宙的图像，收集这些高能量波，并测试的理论不能由此处在地球上进行的实验的挑战。
X射线 -具有刚刚紫外以上的频率的电磁辐射（但伽玛以下）的范围被划分为X射线，并且是能量足以经过许多材料，包括动物的软组织容易通过。 高穿透深度这些强大波，加上其揭露照相乳剂能力，导致了在医学中广泛使用的X射线，以调查在人体内的纹理，而且在某些情况下，作为一种治疗或外科手术工具。 以相同的方式作为高能量伽马射线，不受控制的暴露于X射线可导致突变，染色体畸变，以及其他形式的细胞损伤。传统的X射线成像方法产生基本不外乎致密的材料阴影铸件，而不是详细的图像。 在X射线反射镜可聚焦技术的最新进展，但是，已经导致从各种利用X射线望远镜，X射线显微镜，与干涉对象显著更详细的图像。
在太空热气体发出的X射线，这是由天文学家利用获得有关的起源和宇宙的星际区域的特征信息的强大的频谱。 许多极热的天体，包括太阳，黑洞，脉冲星和，放出主要是在光谱的X射线区域是天文数字X射线研究的课题。 的X射线的频谱跨越一个非常大的范围内用最短波长接近一个原子的直径。 然而，整个X射线光谱区域横穿约10纳米和10皮米之间的长度尺度。 该波长范围内，使X射线辐射地质学家和化学家表征的结构和结晶材料的性质，这对一个长度尺度周期性结构特征相媲美的X射线的波长的重要工具。
紫外线光 -通常简写（UV），紫外线辐射传播的频率正好高于紫在可见光光谱。 虽然这个光谱区域的低能端邻近可见光，紫外线，在其频率范围的上端有足够的能量，以杀死活细胞和产生显著组织损伤。 太阳的紫外线辐射的恒定源，但地球（主要臭氧分子）的气氛有效地阻挡了大部分这种潜在致命的辐射流的较短波长的光，因此提供了对植物和动物的合适的生活环境。 在紫外线光子能量足以电离从多个气体分子在大气中的原子，并且这是由电离层被创建和持续的过程。 尽管小剂量的这种相对高能量的光，可以促进维生素D在体内的生产，并导致皮肤晒黑最小，过多的紫外线照射会导致严重的晒伤，永久的视网膜损伤，并促进皮肤癌。
紫外线被广泛用在科学仪器探测各种化学和生物系统的性能，同时它也是在太阳系，银河系和宇宙的其它部分的天文观测非常重要的。 星等热点天体是紫外线辐射强的发射器。 从约10至约400纳米的紫外波长光谱范围，具有光子能量范围之间3.2和100电子伏特（eV）。 这一类的辐射具有应用在水和食物处理作为抗微生物剂，作为光催化剂为笼化合物，以及被用来硬化石膏中的医疗护理。 紫外线的杀菌活性发生在波长小于约290纳米。 A股市场的阻挡和过滤皮肤洗剂，太阳镜采用的化合物和窗口色调旨在控制暴露在紫外线光从太阳。
某些昆虫（特别是蜜蜂）和鸟类具有在紫外区域足够的视觉灵敏度向长波长响应，并可能依赖于这种能力在导航。 人类是在它们对紫外线辐射敏感度有限的，由于吸收的较短波长的角膜，并通过在眼透镜强吸收在波长大于300纳米。
可见光 -与可见光光谱相关联的颜色的彩虹表示整个电磁波谱的只有约2.5％，并包括光子与大约1.6至3.2电子伏特之间的能量。 颜色不是光本身的性质，但颜色的感知是通过人眼神经脑传感系统的组合响应。 在电磁波谱的可见光区位于一个窄频带内，从约384至769赫兹（ 赫兹 ）和被认为是颜色从深红色（780纳米波长）到深紫（400纳米）。
低能量，长波长的红颜色（622-780纳米）遵循顺序由橙色（597-622纳米），黄色（577-597纳米），绿色（492-577纳米），蓝色（455-492纳米），最后，相对高能量，短波长的紫外线（455纳米及以下）。 一个简单的方法来记住颜色的顺序（频率越来越高）在可见光光谱与记忆的缩写ROY摹BIV（R版，O范围，Y ellow，G颖，B略， 我ndigo，V iolet， ），如教数百万失学儿童近一个世纪（尽管靛蓝不再被认为是一个恰当的颜色由一些科学家）。
可见光光谱成色区域基于物理性质的划分是直接的，但是其中的颜色被感测的方式并不明显。 从人体感测系统的主观反应的可见光谱的各种频率区域，和各种光频率的不同组合的颜色的结果的感知可以产生“看到”的特定颜色的相同的视觉响应。 人类可感知的颜色绿色，例如，响应于光的几种颜色，其中没有一个是必然由“绿色”的波长的组合。
可见光是基础，地球上的所有生命，并通过初级生产者或自养生物 ，如绿色植物抓获。 生物食物链线束阳光作为能量源用于制造自己的食物和生化积木的这些基本部件。 作为回报，自养生物释放氧气，在其所有的动物依赖，作为副产物。
1672年，艾萨克·牛顿爵士研究可见光的互动与玻璃棱镜和第一个认识到白光实际上是不同的颜色代表了整个可见光光谱的混合物。 从各种天然和人造白炽光源，包括阳光，化学反应（如火灾）和白炽钨丝白光起源。从这种类型的源的宽的发射光谱被称为热辐射。 可见光的其他来源，例如气体放电管，能够在狭窄的，明确定义的频率范围（代表一个单色），该依赖于源材料的原子特定能级跃迁发光的。 各个颜色的强感知也导致来自特定吸收，反射，或材料和物体被照亮，用白色光传输特性。 一个共同的合成染料，鸢尾蓝B，所述的可见紫外吸收光谱示于图此色彩鲜艳的有机分子6.解吸收光同时在可见光和紫外线光谱的区域，并且似乎大多数人作为富有，中等蓝色。
红外辐射 -通常简写红外光谱 ，红外波长的大的带从可见光光谱（约700-780纳米）的远红部分延伸到在波长大约1毫米。 随着光子能量范围大约从L.2 millielectron伏到稍低于1.7电子伏特，红外波有300千兆赫（GHz）的约400太赫兹（ 赫兹 ）之间的对应频率。 这种类型的辐射被与热区域可见光不一定检测到甚至存在相关联。 例如，对人体不发射可见光，但它并发出微弱的红外辐射，这被认为与可被记录为热。 发光光谱开始于约3000纳米以及范围以外的远红外线，峰值在大约10000纳米。
存在上述的绝对零度（-273摄氏度）的温度的所有对象的分子发射的红外线，并且排放的量通常随着温度而增加。 大约一半的太阳的电磁能量被在红外区发射的，和家庭用品如加热器和灯也产生大量。 白炽钨丝灯灯的光效率相当低的生产者，居然发出比可见光波更多的红外线。
依赖于检测红外辐射的通用工具是夜视镜，电子探测器，在卫星和飞机的传感器，和天文仪器。 军队使用所谓的热寻的导弹的红外探测器指导。 在外太空，辐射的红外线波长绘制恒星之间的天体灰尘，就证明了从地球上观看银河系时可见大暗斑。 在家庭中，红外辐射起着加热和干燥衣服一个熟悉的作用，以及允许的车库门和家庭娱乐组件的遥控操作。
红外摄影取近红外光谱的优势，在专业电影取证有用，遥感（如航空农作物和森林调查），绘画修复，卫星成像和军事监控应用录制图像。 奇怪的是，太阳眼镜和其它光学表面涂覆有紫外线和可见光粘剂红外线照片显示为透明，并揭示了眼睛后面看似不透明镜片。 红外线照相胶片将不记录热辐射（热）的分布，因为它不是足够敏感以长波长辐射（远红外线）。 图7给出两个美国城市和维苏威火山，意大利的几个红外线传感器生成的卫星图像。
微波 -在千家万户加热食品的利用了广泛的技术，目前的基础上，微波光谱波长范围从大约一毫米到30厘米（或约一英尺）。 利用在食品制备结果微波从偶然情况是水分子存在于大多数食品具有微波范围内的旋转共振频率的吸引力。 在2.45千兆赫（12.2厘米波长）的频率，水分子有效地吸收微波能量，并随后消散辐射热（红外线）。 如果容器不包含水的材料构成的被用于在微波炉中容纳食物，它们将趋向于保持凉爽，加入显著额外的便利，以微波烹调。
微波炉构成的最高频率的无线电波，并且由地球，建筑物，汽车，飞机和其它大型物体射出。 此外，低强度微波辐射渗透的空间，它是推测创造宇宙的过程中已公布的大爆炸 。 更高的频率微波所依据的雷达 ，这代表RA DIOeetecting一个 ND - [R anging，跟踪大型物体并计算它们的速度和距离所用的传输和接收技术的缩写。 天文学家利用外星微波辐射来研究银河系和其他星系附近。 一个显著量的天文资料是来自于研究特定的发射波长（21厘米或1420兆赫），不带电的氢原子，它们广泛分布在整个空间。
微波炉还用于从地球运送信息轨道卫星在广大的通信网络，用于从陆基基站长距离中继信息，并在地形测绘的。 令人惊奇的是，一些由赫兹，Jagadis钱德拉百色，和马可尼（现代无线电设备的父亲）进行的第一电磁实验，进行了使用辐射或靠近微波区域。 资本在狭窄的波束宽度和聚焦的微波，这是很难拦截和含有比较大量的信息允许增加调制带宽的早期军事应用。 有一些争议在科学界在癌症和与从蜂窝电话塔连续和累积微波辐射暴露有关的热组织损伤的潜在健康风险，泄漏的微波炉，置接近大脑移动电话在使用期间的行为。
无线电波 -电磁频谱的膨胀射频部分包括波长为约30厘米至数千公里。 辐射在该范围内包含非常少的能量，和上限频率（约1千兆赫）发生在哪里无线电和电视广播被限制的频带的端部。 在这样低的频率下，辐射的光子（粒状）字符不是显而易见的，并且波浪出现在平滑的，连续的方式传递能量。 没有理论上限射频辐射的波长。 低频（60赫兹）的交流电力线路进行，作为一个例子，有大约500万米（或大约3,000英里）的波长。用于通信的无线电波被调制以两种传输规范之一： 振幅调制（AM）的波而变化的波长的幅度和频率调制（FM;参见图8）波而变化的波长频率。 无线电波中发挥重要作用在工业，通信，医药，和磁共振成像（MRI）。
电视的声音和视频部分通过大气通过具有波长小于一米，其被调制为广播很像FM广播短无线电波传送。 无线电波由在遥远星系恒星也产生，并且可以通过天文学家使用专门的射电望远镜进行检测。 龙波，数百万英里长，已经检测到深太空辐射向地球。 由于信号是如此之弱，射电望远镜往往联合起来，在含有大量巨大的天线上的接收并行阵列。
当研究的广泛范围的电磁辐射光谱的光的频率（每单位时间振荡的数目）和波长（各振荡的长度）之间的关系的性质变得明显。 非常高的频率的电磁辐射，例如γ射线，X射线，和紫外线，包括非常短的波长和一个显著的能量。 另一方面，较低的频率辐射，包括可见光，红外线，微波和无线电波，具有相应更长的波长具有较低的能量。 虽然电磁波谱通常被描述为在频率和波长遍历大小约为24目，没有内在的上限或下限的辐射的这种连续分布的波长和频率。
