光电传感器技术基础

 光电传感器不仅完成光与电能量间的转换，而且更为重要的是完成光信息与电信息的变

换。为此，光电传感器所涉及的基础知识较宽，必须掌握光与电两方面的基本理论与基本参

数的知识。关于电的基本理论和基本度量参数在许多课程中都阐述得非常清晰，本书不再讨

论，而对光的基本理论和基本度量参数的讲解相比之下显得有些不足，本章进行较为详实的

探讨。另外，本章还必须建立起光电转换的基本理论基础，便于读者能够深入掌握光电传感

器府用技术．

    本章首先讨论光辐射的基本度量方法和度量单位，再讨论

物体热辐射的基本定律、光与物质的作用等问题，为光电传感

器应用技术的学习打下基础。

    光电传感器技术的理论基础是光的波粒二象性。几何光学

研究了光的折射与反射规律，得到了许多关于光学成像和像差

的理论。物理光学依据光的波动性成功地解释丁光的干涉、衍

射等现象，为光谱分析仪器、全息摄影技术奠定了理论基础。

它们从两个方面描述了光的本质，光是以一定频率振动的物

质，它既具有波动性又具有物质性，其本质是粒子，称为光量

子或光子。光子具有动量与能量，并分别表示为

    厂主与丑：Ap

式中，h为普朗克常数(6．626 X 10一N丁．。)；。为光的振动频率

(S”)；C为光在真空中的传播速度(3×108m／s)。

    光是以电磁波方式传播的物质。电磁波谱的频率范围很

宽，涵盖了由宇宙射线到无线电波(1()一~l俨HZ)的宽阔频

域。如图1—1所示为电磁波谱的分布。由图可见，光辐射仅

仅是电磁波谱中的一小部分，它包括的波长区域从纳米到毫

米，即lO一一10”m的范围。在这个范围内，只有O。38一

0．78tma的光才能被人眼所见，而人们希望光电传感器所感知  图1—1  电磁波谱的分布

的范围要远远大于人眼能见的波长范围，要求从X射线到红外、远红外、7Tb(10’’Ib)波

与毫米波的范围，而且要求能够观测到人所无法到达的场所(如特别危险和特别遥远的地

方)。