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光和wifi同属电磁波,是否都可采用光学透镜聚焦,为什么?

光和wifi都属于电磁波,因为它们都是依靠光子来传播能量和信息的。既然光可以聚焦,wifi当然也可以聚焦,只不过由于它们在电磁波谱中所处的波段和频率不一样,聚焦的方式就不可能一样了。因此wifi是不可以用光学凸透镜聚焦的,但它可以用其它方法聚焦。

电磁波整个波谱可分为可见光和不可见光。

严格意义上来说,我们通常说的光称为可见光,电磁波谱中除了可见光波段外的其他电磁波可以称为不可见光。可见光在电磁波谱中间占据一个小小的波段,即约在380nm~760nm之间。而整个波谱波长从亿亿亿分之一米到上亿米之间。

不可见光包括无线电波(含长波、中波、短波、微波)、红外线、紫外线、X射线、γ射线等。无线电波和红外线的波长比可见光要长,其中无线电波最长,从1mm~10^8m;微波是无线电波中波长最短的,从1mm~1m之间;红外线波长在760nm~1mm之间,最短处连接上可见光波长。

紫外线、X射线、γ射线都比可见光波长要短,也就是都短于380nm。从紫外线到γ射线一个比一个短,最短的伽马射线波长为10^12~10^24m,就是万亿分之一米到亿亿亿分之一米。

wifi传输信号采用的是无线电波中的微波段,波长在7~12cm之间。

电磁波波长与频率的关系。

电磁波波长越长,频率越低,能量越小;反之波长越短,频率越高,能量越大。因此无线电波是电磁波谱中频率最低能量最小的不可见光;伽马射线是电磁波谱中频率最高能量最大的不可见光。故无线电波一般是不伤人的,而紫外线、X射线、γ射线会伤人和杀伤生物。

频率与波长的关系遵循v=fλ公式,其中v代表波速,f是频率,λ为波长。电磁波速为光速,因此公式为c=fλ,也可以变换为f=c/λ或λ=c/f。就是说,知道了电磁波波长,就能够计算出其频率,而知道了其频率,就可以计算出其波长。

不同波长的电磁波要聚焦当然就要用不同的方法了。

微波与可见光穿透玻璃的方法不一样。

先说说可见光穿透玻璃的机制。可见光的波长为380~760nm,玻璃属于非晶体,分子网眼较大,平均尺度约10^-6m,也就是约1000nm,是可见光的波长约1~3倍,这样,可见光随便一钻,就通过了,加上光在玻璃中具有折射性能,就可以通过凸透镜聚焦。

wifi属于无线电波中的微波波段,是厘米波,波长在7~12cm之间,比可见光波长要长9~30余万倍,比玻璃分子网眼要大7~13万倍,而且频率又没有可见光高,力量也就没可见光大,再怎么钻也钻不过去。那么微波为啥能够透过玻璃呢?原来它来硬的不行,就来弯弯绕,根据衍射效应,也就是绕弯子效应,从网格分子与分子之间的间隙中套穿过去了。

微波虽然可以透过玻璃,但过去的方法不一样,也没有折射效应,因此就无法通过透镜聚焦了。

那么,wifi又怎么能聚焦呢?

这就要用不同的材料了。金属晶体或其他非金属晶体材料,不存在玻璃的二氧化硅缔结分子网格结构,内部结构的原子晶格半径和晶格点阵之间间隙都小于0.3nm,这个尺度比可见光最短波段380nm还小了1000多倍,比无线电波(包括微波)就更小了,因此无论是可见光还是无线电波都无法穿过,无线电波就更加被致密性阻碍住了,也就是被屏蔽。

这就是我们在乘电梯或者被封闭在一个铁屋子里,无法接收到电波信号的原因。但这种材料不仅仅是屏蔽效应,还对电波有着高度的反射效应,这就为对无线电波聚焦创造了条件。人们把晶体结构材料做成抛物面,就可以对无线电波聚焦了。

射电望远镜就是将电磁波聚焦的典范。

射电望远镜的作用,就是将远处照射过来的电磁波聚焦成像。原理是通过抛物面天线,将远处平行传输过来的电磁波反射汇集到中心焦点上,通过接收器接收,经过电脑一系列处理就形成图像。因此所有的射电望远镜都做成一个大锅的样子,和光学望远镜的抛物面反射镜一样的道理。

我们远看射电望远镜的大锅抛物面,就像一面光滑的镜子,其实每一块拼接的材料并不需做成密实的整体,而是留有孔眼的网状结构,这是因为这个聚焦的抛物面大锅,只要阻挡住电波就行了,网眼小于需要接受的电波波长,对于电波来说,就是反射的镜子。

射电望远镜一般都是接收无线电波的,无线电波波长最短的就是微波,在毫米级,因此如果要阻挡微波汇集聚焦,这个反射面孔洞就要小于厘米级。

我国2013年建成的上海佘山65米口径射电望远镜,接收的电波信号最短可达7毫米,最长可达21厘米,有8个接受波段,总体性能排在世界第四位;而2016年建成的贵州500米口径球面射电望远镜(FAST),被誉为中国天眼,是迄今世界最大的单口径射电望远镜,工作频率在70MHz~3GHz,根据频率与波长换算,可探测波长约10cm~4.3米的无线电信号。

除了射电望远镜,还有射线望远镜,如红外线望远镜、X射线望远镜、伽马射线望远镜,这些都是利用对电磁波屏蔽反射原理聚焦,接收遥远太空传过来的各种射线微弱信号,通过聚焦放大成像,让人类了解亿万光年外的天体。

综上所述,wifi是可以聚焦的,只不过不能够用光学透镜来聚焦。

所谓wifi就是现代无线通信,采用的是微波段信号,由于发射和接收面向四面八方,因此无需聚焦定向。但许多微波发射站、中继站、终端站,为了放大发射和接收信号,就采用了锅式天线聚焦。

因此,不但wifi信号,就是各种波段的电磁波信号都可以聚焦,只不过是聚焦方法与可见光不一样而已。谢谢阅读,欢迎讨论。

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