光，不仅是支持生命的重要能量，也是生活中的重要信息源。显然，如果没有光，就不可能有我们现在的文明。正是光，为我们提供了很有价值的信息资源。由于安防界要和光打交道（因为安防监控的场景离不开光），因而我们首先必须了解光的基本性质及其度量。

光的基本性质

       很久以前，人们就对光学现象进行了研究，并认识到光有直线传播的特点。在17世纪，牛顿根据光直线传播的现象，提出光是由光源飞岀的微粒流的假说，认为这些微粒在均匀媒质中沿着直线方向等速度飞行，并以微粒流的观点对反射和折射定律做了解释。随着生产和科学技术的发展，又发现了许多用光的直线传播概念不能解释的较为复杂的光现象，如光的干涉、衍射和偏振等。于是惠更斯、杨氏和费涅耳等提出了光的波动学说，认为光是发光材料中分子振动的结果，这些振动通过一种假想的弹性媒质，以水波一样的方式传播出去。光的波动理论能够解释光的干涉和衍射等现象。到I860年，麦克斯韦电磁理论建立后，才认识到光也是一种电磁现象。原来光和无线电波一样，也是一种电磁波，只不过光的波长比无线电波短得多而已。

        电磁波包括的范围很广，如现在已经发现的宇宙射线，其波长小于几个皮米（lpm=10¯¹²m）,  而广播用的无线电波的波长则达上千米，它们都属于电磁波的范畴。光波仅仅是电磁波中的一小部分，它包括的波长区间约从几个纳米（lnm=109m）到1mm左右。这些光并不是人眼都能看得见的，其中只有波长从380nm到780nm范围内的电磁波，才能引起人眼感光细胞的直接感觉。这一段波谱我们称为可见光区（即380-780nm,必须牢记，这样才不会错误说岀大于700nm的是红外光）。为了清楚起见，分别将紫外、可见和红外光部分放大，如图1-1所示。在可见光中，波长最短的是紫光，稍长的是蓝光，以后的顺序是青光、绿光、黄光、橙光和红光，红光的波长最长。而在不可见光中，波长比紫光短的光称为紫外线，比红光长的叫红外线。表1-1列出了光的各个波长区域。波长小于200nm的光成为真空紫外，因为这部分光在空气中很快被吸收，所以只能在真空中传播。

图1-1   紫外线、可见光和红外线波长

 

       现在常用的光波波长的单位是微米（卩m）.、纳米（nm）,其关系为1pm=103nm„应当指出，图1-1和表1-1只表示各波长区间的大致范围和相互位置，并没有也不可能给出区间的严格界限。实际上，各个区域之间都是逐步过渡而不是截然分开的。

表1-1光的各个波长区域
 

波长区域/nm 区域名称

10 ?200 真空紫外区，远紫外区 紫
外
区

200?300 日盲区、中紫外区

300?380 大气紫外窗口，近紫外区

380?420 紫光 可 见 光 区

420?450 蓝光

450?490 青光

490?560 绿光

560?590 黄光

590—620 橙光

620?780 红光

780?1 500 近红外区 红
外
区

1 500-10 000 中红外区

10 000?1 000 000 远红外区

 

       由于光波也是一种电磁波，因此可以用麦克斯韦方程来描写。由麦克斯韦方程可知，迅速变化着的电磁场必定要向四周传播。电磁波在媒质中传播速度。由下式决定。

υ=λv/n（1-1）

式中，速度υ的单位是m/s；λ为波长，单位是m；v为频率，单位是Hz；n为媒质的折射率。在真空中，n=l,光传播速度c=299 792 458m/s,一般近似记为3xl08m/so除非特别指明，今后凡提到光的波长、速度，通常均指真空中的波长、速度。

       利用麦克斯韦理论能很好地说明光在传播过程中的反射、折射、干涉、衍射、偏振，以及光在各向异性介质中的传播等现象。但在研究过程中，人们发现在光与物质的互相作用方面，如物质对光的吸收、色散和散射等，用电磁理论仍不能给岀令人满意的解释。1900年普朗克在研究黑体辐射的能量按波长分布这一问题时发现，谐振子辐射是不连续的，提出了辐射的量子论。1905年，爱因斯坦在解释光电发射现象时也提岀了光量子的概念，从而逐渐地形成了新的微粒理论——量子论。量子论认为，光是由许多光量子组成的，这些光量子具有的能量为hv,其中h=(6.6260755±0.0000040)x[()34j.S,称为普朗克常数。以后的光电效应、X光散射等实验证实了光量子理论，并肯定了光具有粒子性。然而，光的干涉、衍射等现象又必须肯定光具有波动性。事实使人们认识到光具有波粒二重性，后来发展的量子电动力学也较好地反映了光的这种二重性，从而使人们对光的本性有了进一步认识。当然这种认识仍然是近似的，但它更接近客观实际了。

光辐射的度量