介绍

对任何电子产品修补工具来说，光的操纵是非常有用的技能。从照明到红外数据传输，光以无数有用的方式桥接电子和物理。

波长

光束的关键定义特征是其波长。光作为波在空间中传播，两个波峰之间的距离是该光束的波长。在人类的认知中，波长决定了光束的颜色。

因为物理学中没有任何东西可以简单，光束也可以表现为粒子流或光子（masochists可以参考本文关于光的波/粒子二元性）。波长较短的光每个光子具有更多能量。

强度

光束的另一个特征是其强度。辐射强度通过能量与冰淇淋圆锥顶部的圆圈所界定的球体表面相交的速率来测量，单位为瓦特每立体弧度。要理解这一点，想象一个球体中心有一颗小小的星星，光从各个方向均匀地从恒星散开。现在，添加一个冰淇淋圆锥，其尖端位于恒星的中心，延伸到球体表面。锥体底部的角度是一个弧度（圆圈中有2π弧度;一个弧度约为57.3°）。由这个假想的冰淇淋圆锥体定义的区域称为球面度。

一个steradian的图形描述。一束光的辐射强度由光束的​​瓦特数除以该表面区域来描述（图片由维基媒体公共图片提供）

可见光与不可见光

当我们谈论光时，我们通常意味着可见光 – 就像彩虹和阳光的这些美妙的东西。然而，光可以跨越非常宽的波长范围。这被称为电磁波谱。

（全谱的电磁辐射。可见光是一个很小的部分！图片由Philip Ronan创作）

在一端，有伽马射线和X射线，它们是令人讨厌的高能电离电磁辐射，从根本上与生命不相容。另一方面，非常低频的长波无线电波携带的信息跨越很远的距离，让人们可以看到宇宙本身的起源。

在这篇文章中，我们会谈到可见光和最接近它的区域：红外线和紫外线。从紫外线到远红外线，光的表现与我们以前用可见光看到的非常相似：阴影投射，镜头可以聚焦它，它可以通过，例如白纸等，进行漫反射。一旦波长变得越来越短，事情就会开始变得奇怪，让我们继续讨论这个问题。

我们将讨论三种不同的光：紫外线，可见光和红外线。紫外线是光，其波长略短于可见光; 红外线，稍微长一些。在这三组中，可见光和红外线在电子设备中更有用和常见，我们会相应地谈论它们更多时间。

紫外光线

紫外线是在10nm和400nm之间的光，将其置于X射线和可见光之间。紫外线对生命形式非常有害 – 你可能最熟悉的是，它会把人晒伤。

紫外线-A

UVA（315nm至400nm波长）是紫外光的最低能量带。人类几乎都可以看到它，许多昆虫，甚至一些鸟类都可以看到这个光带。白色荧光灯泡和白色LED就是通过将材料暴露于UVA光来工作的。而UVA光吸收UVA光子并发射可见光谱中的光子，我们看到就是白色的。

UVA也经常用于检测伪造文件; 作为防止伪造的对冲工具，很多文本（护照，驾驶执照和银行纸币，仅举几例）在UVA辐射下会产生发光的水印。Blacklight海报是另一个对UVA光有反应的例子，漂白剂，肥皂和许多生物材料在暴露于UVA时也会发光。而阳光中的大多数UVA光可以到达地球表面。

400nm UVA LED显示出20美元的防伪功能。

紫外线-B

UVB（280nm至315nm）是比UVA更高的能级光。它存在于阳光中，不仅造成晒伤或·皮肤癌的皮肤损伤，而且还会阻碍人体内维生素D的合成。焊枪也会产生这种光的， 即使短时间接触焊枪的火炬，哪怕在合理的距离，如果观察者没有受到保护，也会造成严重的眼睛损伤。

焊炬产生大量UVB和UVC光。焊工必须尽量减少暴露，以避免晒伤和眼睛损伤（图片由维基百科提供）

普通窗玻璃可以很好地阻挡UVB光; 这就是为什么从敞开的车窗中伸出一只手臂会导致该手臂晒伤。理查德费曼（诺贝尔奖获得者和着名的邦戈音乐家）使用皮卡车的挡风玻璃观察三位一体的核试验爆炸，以保护自己免受爆炸产生的紫外线辐射。

只有大约10％的太阳发出的UVB光到达地球表面; 另外90％被大气吸收（主要是臭氧层）。

紫外线-C

对于我们来说，UVC（100nm到280nm）往往是有趣的紫外线的极限。太阳的UVC几乎没有一个到达地球表面，大气层非常有效地将其阻挡在外。

在过去的一段糟糕的时期，在EEPROM存储器和闪存（可以电子擦除和重写）出现之前，唯一的非易失性，非磁性电子数据存储方式是EPROM。一旦写完EPROM，它就只能通过暴露在强大的UVC光源下20-30分钟来消除。对于一个业余爱好者来说，很长一段时间才能确定您对代码所做的更改是否修复了错误！

一种旧的可紫外擦除的PIC16C765微控制器。模具上的窗口由石英制成，因为普通玻璃对紫外线不透明。

可见光

可见光是（约）380nm至740nm范围内的光。这是可以变化的，因为有些人的眼睛能够检测出比这更低或更高波长的光，但一般来说，大多数人的眼睛都对这个区域很敏感。

人眼

人眼感知光的方式有两个特点：我们的眼睛对不同波长的不同强度的光敏感，我们的眼睛以对数而不是线性的方式感知光强度。

对颜色的感知

正如您在此图表中所看到的，我们的眼睛以不同的效率感受到不同波长的光，混合感知的强度以产生我们称之为“颜色”的光。此外，您还可以看到，在低光照水平下，我们对颜色的感知会变得偏斜。

人眼的暗视和明视光度曲线。假设光源的辐射强度都相等，这些曲线显示了波长对光源的感知强度。

因此，开发了一种特殊的光强度单位坎德拉。坎德拉根据其颜色对光源的强度进行加权; 无论波长如何，人眼都会感觉到一个坎德拉光源与另一个坎德拉光源具有相似的亮度。LED的亮度是在毫坎德拉的术语（MCD）典型地给出，并且跨越颜色的感知强度差的巨大的示范可以考虑一个RGB的强度的LED，例如当可以看出这一个：800mcd用于蓝色，4000mcd为绿色，和900mcd的红色。我在下面的图表上标记了这三种颜色（467.5nm，520nm和625nm）的波长。

在该明视曲线上标记了三色LED中的蓝色，绿色和红色LED的相对强度。比较相对强度（红色为.15，绿色为.7，蓝色为.3）与LED数据表（800mcd，4000mcd和900mcd）给出的三种颜色的毫安德拉等级。比率不准确，曲线上具有更高毫克级别的颜色也更高。

眼睛可以被愚弄到通过混合不同波长检测不存在的光的波长; 大多数彩色显示器都是按照这个原则工作的。实际上只有三种颜色（某种形式的红色，绿色和蓝色）; 通过混合不同强度的三种浅色，可以模拟绝大多数自然色（至少就我们的眼睛而言）。

红色，绿色和蓝色光源的颜色混合。通过调整光照水平，可以模拟大量其他光色。

对强度的感知

我们自然倾向于将光视为线性现象。给定两个光源，我们可以合理地认为一个光源的亮度是另一个光源的两倍。我们已经看到了它会如何受到颜色的影响; 现在让我们考虑一种颜色的光的强度相对于我们对它的感知。LED的强度随着用于驱动它的电流线性变化。

通过将LED指向光电二极管并从0-25mA线性地线性增加LED驱动电流来收集实际数据。

我们做一个小实验。如果您有Arduino，面包板，电阻器，LED和按钮，请启动此电路，下载代码，然后将代码烧录到Arduino上。

这个电路非常简单：按下按钮一次，LED就会亮起。按下并按住它，LED将开始变亮。释放它，LED将停止变亮，Arduino将通过串行端口打印出当你停止它比它开始时更亮时，LED的亮度是多少。当它的亮度是启动时的两倍时，试着去停住LED。你会发现很难办到。