圖解電波與光的基礎和運用

前言

第一章 生活中不可或缺的電波
1-1 電波的發現－－赫茲的實驗與馬克士威的預言
1-2 電波的頻率－－1秒內有幾個波峰呢
1-3 再複雜的波也可視為sin波的組合－－瞭解電波的性質
1-4 電波的各種傳播方式－－直線前進、繞射、反射、折射
1-5 電波的干涉－－同相會增強、反相會減弱
1-6 以頻率為電波分類－－分為通訊、電視廣播、雷達等用途
1-7 天空中有一層可反射電波的電離層－－業餘無線電玩家的功勞
1-8 頻率的寬度是什麼－－頻寬越廣品質越好
1-9 電視廣播所使用的電波－－NHK東京為FM 82.5 MHz的意思
1-10 手機所使用的電波－－白金頻段的爭奪戰
1-11 雷達所使用的電波－－極度精密的氣象雷達
1-12 放出電波、處理電波的天線－－長度為波長的一半的效率最好
1-13 可自由改變電波方向的「相位陣列天線」－－應用在神盾艦與5G手機上
1-14 利用電波傳送電力的「微波無線供電」－－應用在海上風力發電與太空中的太陽能發電

第二章 電磁波的本質
2-1 電場與磁場－－開放的電力線、封閉的磁力線
2-2 電力與磁力的關係－－電力產生磁力、磁力產生電力
2-3 馬克士威的預言－－光也是一種能在真空內前進的電磁波
2-4 電磁波是電波與磁波糾纏在一起所形成的波－－360度往外擴張前進
2-5 電磁波的極化是什麼－－手機所使用的垂直極化波、電視所使用的是水平極化波
2-6 電子的振動會產生電磁波－－溫度提升時會產生電磁波
2-7 電磁波可讓電子振動－－電波如何將水加熱
2-8 電磁波對人體的影響－－對心律調節器的影響
物理之窗 弗萊明定則

第三章 電波和光是同樣的東西
3-1 光也是電磁波－－從紅外線、可見光，到X射線、γ射線
3-2 物體溫度上升時會產生電磁波－－黑體輻射的光譜
3-3 太陽與恆星所放出的電磁波－－由光譜測量星體的溫度
3-4 紅通通的太陽－－夕陽為什麼是紅的？
3-5 X射線是波長較短的電磁波－－如何產生X射線？
3-6 對人體來說危險性很高的γ射線－－不過可以用來滅菌或消毒
3-7 以電波觀測星星的電波天文學－－甚至用到亞毫米波來觀測
3-8 從電波可以瞭解到宇宙的什麼呢？－－黑洞與宇宙背景輻射
3-9 可見光窗、電波窗－－之所以只能在大氣層外捕捉到來自宇宙的X射線，也是肇因於此
3-10 極光的成因與顏色－－極光與霓虹燈的原理相同
3-11 各種物質所發射出來的光譜－－當激發態的電子回歸基態時
3-12 用光譜研究宇宙中的物質－－從天體的速度，到宇宙的膨脹
3-13 尋找「第二地球」－－由吸收光譜分析大氣成分
物理之窗 原子結構

第四章 光的各種性質
4-1 光擁有波的性質－－楊格的光干涉實驗
4-2 繞射光柵－－可用來測量波長
4-3 光通過結晶時可觀察到繞射－－由布拉格定律瞭解結晶結構
4-4 光是波還是粒子－－愛因斯坦的光量子假說
4-5 電子的波－－同時是波也是粒子的波粒二相性模型
4-6 光學顯微鏡與電子顯微鏡－－波長越短，解析度越高
4-7 光會產生壓力嗎？－－藉由太陽光的壓力推進探查機
4-8 光速為秒速30萬公里－－羅默的觀測與斐索的實驗
4-9 光速一定，不會改變－－邁克生與莫雷的實驗
4-10 光為什麼會折射呢－－隨著介質與波長的不同，光會有不同程度的折射
4-11 光的全反射－－鑽石的光彩奪目來自於它很高的折射率
4-12 藉由光纖纜線來傳送光訊號－－前進20 km後仍有一半的強度
4-13 天空與大海為什麼是藍色的呢－－波長較短的藍光會在空氣中漫射，在大海中則可持續前進
4-14 對人類肉眼有害的光：紫外線與藍光－－請避開短波長的光

第五章 接下來是光子學的時代
5-1 光子學是什麼－－以電子學控制光子的技術
5-2 雷射光－－用於光通訊的同調光
5-3 半導體雷射－－1秒內發出數百億次光脈衝
5-4 LED是二十一世紀的照明工具－－藍光LED的發明拓展了LED的用途
5-5 CD、DVD、BD－－藍光雷射可記錄五倍於DVD的資料密度
5-6 用光來通訊－－容量越來越大、速度越來越快
5-7 會用到光的「量子電腦」－－什麼是「量子疊加態」？
物理之窗 愛因斯坦預言了「重力波」的存在
索引

■作者簡介

井上伸雄（Inoue Nobuo）
1936年出生於福岡市。1959年畢業於名古屋大學工學部電氣工學科，進入日本電信電話公社（現在的NTT）工作。於該公司的電氣通訊研究所研究開發數位傳輸、數位網路等技術。1989年成為多摩大學的教授，現為該大學的名譽教授。工學博士。

陳朕疆