光電傳感器的物理基礎(chǔ)是光電效應(yīng)，即光可以改變半導(dǎo)體材料的許多電學(xué)性質(zhì)。光電效應(yīng)通常分為兩類(lèi)，即外部光電效應(yīng)和內(nèi)部光電效應(yīng)。外部光電效應(yīng)是指物質(zhì)吸收光子和激發(fā)自由電子的行為。當(dāng)金屬表面受到特定光照射時(shí)，金屬吸收光子并產(chǎn)生電子，即光電子。
在發(fā)射電子之前，光的波長(zhǎng)必須小于某一特定臨界值(等于大于某一特定臨界值的光的頻率)。臨界值是截止頻率和截止波長(zhǎng)。從E≥W，如果入射光子的能量h大于功函數(shù)W，一些光電子在離開(kāi)金屬表面后仍有能量殘留，這意味著一些光電子具有一定的動(dòng)能。由于不同的電子需要不同的功才能與給定的金屬分離，它們?cè)谖展庾幽芰亢吞与x金屬主圖1之后有不同的能量。
由于功函數(shù)W是從金屬中除去電子所必須做的最小功，如果用E來(lái)表示具有最大動(dòng)能的光電子的動(dòng)能，則存在以下關(guān)系式E=hn-W(其中h表示普朗克常數(shù)，N表示入射光的頻率)，這通常稱(chēng)為愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程。
當(dāng)光在離表面非常近的PN結(jié)處輻射時(shí)，如果光的能量足夠大，并且光子的能量大于帶隙，電子就可以從價(jià)帶轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體材料的傳導(dǎo)帶。能帶可以變成自由電子，價(jià)帶可以變成自由空穴。在PN結(jié)內(nèi)部電場(chǎng)的作用下，這些電子和空穴對(duì)被推出N區(qū)，使N區(qū)為負(fù)，P區(qū)為正。這樣，N區(qū)和P區(qū)之間就有了潛在的差別，因此在PN結(jié)的兩側(cè)產(chǎn)生了光電電勢(shì)。
光阻的原理是基于光電導(dǎo)的影響：當(dāng)沒(méi)有光時(shí)，光敏電阻具有很高的電阻值。當(dāng)有光時(shí)，當(dāng)光子的能量大于材料的帶隙時(shí)，價(jià)帶中的電子吸收光子的能量。在向?qū)н^(guò)渡后，電子空穴成對(duì)激發(fā)可以導(dǎo)電，減小電阻值。光停止后，自由電子和空穴結(jié)合，電導(dǎo)率降低，電阻恢復(fù)到原來(lái)的值。
由于光電效應(yīng)僅限于輻照表面的薄層，所以半導(dǎo)體材料通常被制成薄膜，并給予足夠的電阻。電電平是梳狀的，使得光敏電阻電極和載流子通過(guò)電極的距離縮短了一段時(shí)間。而且材料載體的壽命相對(duì)較長(zhǎng)，因此它具有較高的內(nèi)增益以獲得高靈敏度。光電傳感器將非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為要測(cè)量的電信號(hào)。