早在1943年，愛默生（Emerson）以綠藻和紅藻為材料，研究其不同光波的量子產額（quantum yield ）（即植物通過一個光量子所固定的二氧化碳分子數或放出的氧分子數），發現當光子波長大于685nm（遠紅光）時，雖然仍被葉綠素大量吸收，但量子產額急劇下降，這種現象被稱為紅降現象（red drop）。當時尚不能理解這個現象。愛默生等在1957年又觀察到，在遠紅光（710nm）條件下，如補充紅光（波長650nm），則量子產額大增。比這兩種波長的光單獨照射的總和還要多。后人把這兩種波長的光協同作用而增加光合效率的現象稱為 增益效應（enhancement effect）或 愛默生效應（Emberson effect）。
紅降效應
增益效應示意圖
上述現象說明植物體中可能存在兩種色素系統，各有不同的吸收峰，進行不同的光合反應。隨著近代研究技術的進展，可以直接從葉綠體中分離出兩個光系統，每個光系統具有特殊的色素復合體及一些物質。
根據上述實驗結果，希爾（1960）等人提出了雙光系統（two photosystem）的概念，把吸收長波長（>680nm）光的系統成為光系統Ⅰ（PSⅠ），吸收短波長（≤680nm）光的系統成為光系統Ⅱ（PSⅡ）