第1章 光辐射与光电技术基础

图像传感器的性能评估和应用说明都离不开光辐射与光电技术的基本理论。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，为光电图像传感器技术的学习打下基础。

光电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、反射与成像等基本规律，形成有关光学成像和像差基本定律与理论。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=与E=hν，式中h为普朗克常数（6.626×10-34J·s）；ν为光的振动频率（s-1）；c为光在真空中的传播速度（3×108m ·s-1）。

光的量子性成功地解释了光与物质作用时引起的光电效应，而光电效应充分证明了光的量子性。光是以电磁波方式传播的物质。即光的波粒二象特性。

电磁波谱的频率范围很宽，涵盖了由宇宙射线到无线电波（102～1025Hz）的宽阔频域。图1-1所示为电磁波谱按波长的分布及各波长区域的定义。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几纳米到几毫米，即10-9～10-3m的范围。在这个范围内，只有0.38～0.78μm的光才能被人眼所见。

图1-1 电磁波谱的分布

图像传感器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、T赫兹波谱和远红外辐射等。特种材料的热成像图像传感器的光谱响应范围有望超过厘米波的限制，即人们可以借助于光电图像传感器观测到近乎整个电磁波谱的图像信息。