第1章 光电技术基础

光电信息变换技术总要讨论各种光电敏感器件，对这些光电敏感器件的性能评估和应用说明都离不开光的度量与光电技术的基本理论。本章在讨论光的基本度量方法和度量参数的基础上，还将讨论物体热辐射的基本定律、光与物质作用产生的各种光电效应等问题，为学习光电信息变换技术打下基础。

光电技术最基本的理论是光的波粒二象性。即光是以电磁波方式传播的粒子。几何光学依据光的波动性研究了光的折射与反射规律，得出了许多关于光的传播、光学成像、光学成像系统和成像系统像差等理论。物理光学依据光的波动性成功地解释了光的干涉、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。然而，光的本质是物质，它具有粒子性，又称为光量子或光子。光子具有动量与能量，并分别表示为

p=hν/c, E=hν

式中，h=6.626 × 10 -34J·s，为普朗克常数；ν为光的振动频率（s-1）; c=3 × 108m·s-1，为光在真空中的传播速度。

光的量子性成功地解释了光与物质作用时所引起的光电效应，而光电效应又充分证明了光的量子性。

图1-1所示为电磁波按波长的分布及各波长区域的定义，称为电磁波谱。电磁波谱的频率范围很宽：从宇宙射线到无线电波（102～1025Hz）。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几纳米到几毫米，即10 -9～10 -3m量级。只有波长为0.38～0.78 μm的光才能引起人眼的视觉感，故称这部分光为可见光。

图1-1 电磁波谱

光电敏感器件的光谱响应范围远远超出人眼的视觉范围，一般从X光到红外辐射甚至于远红外、毫米波的范围。特种材料的热电器件具有超过厘米波光谱响应的范围，即人们可以借助于各种光电敏感器件对整个光辐射波谱范围内的光信息进行光电变换。