本書是一本有關(guān)信息光子學的理論、技術(shù)與應用的專著。本書作者結(jié)合自己的研究實踐，從信息傳輸和信息處理這一視角介紹了光子的特性、關(guān)鍵技術(shù)和前沿應用。全書分為12章，主要內(nèi)容包括：信息通信，光子學簡介，視覺、視覺感知、計算機視覺，用于光信息處理的光源和光電探測器，光子調(diào)制、存儲和顯示器件，變換域信息處理中的光子學，圖像的底層光子信息處理，光網(wǎng)絡(luò)通信中的光子學，光子計算，光子模式識別和智能處理，量子信息處理，以及納米光子學信息系統(tǒng)。
Asit Kumar Datta是印度加爾各答大學應用物理系即后來的應用光學與光子學系教授、系主任。獲該校電力電子學博士學位并作為講師開始了自己的職業(yè)生涯，1989年被任命為電力電子系教授，該系后來發(fā)展為新創(chuàng)建的應用光學與光子學系。Datta教授對電力電子學、控制儀器、光子學和光學計算有重要貢獻，完成了12項資助和贊助科研項目，已在印度國內(nèi)和國際期刊上發(fā)表論文120余篇，指導14名博士研究生取得博士學位。Datta教授是工程師協(xié)會，電子和電信工程師協(xié)會、印度光學學會，和印度照明工程師協(xié)會會員。他是巴黎，國際光學委員會（ICO）的印度代表，也是國際照明委員會（CIE）兩個分會的印度代表。
項鵬，1980年生，2008年在南京通信工程學院通信與信息系統(tǒng)專業(yè)獲得博士學位，2012年、2016年分別在清華大學電子工程系、南京航天航空大學電子信息工程學院兩次完成博士后科研工作�，F(xiàn)就職于中國人民解放軍陸軍工程大學通信工程學院，主要從事光纖通信、微波光子和光電子學等領(lǐng)域本科生、研究生層次的一線教學與科研工作。項鵬在光通信與光信息技術(shù)領(lǐng)域具有很強的學科背景與學術(shù)理論功底。近年來獨立主持江蘇省自然科學基金、中國博士后科學基金、國防重點實驗室開放基金等科研項目，并作為主要項目成員參與了多項國家和軍內(nèi)的科研項目的研究工作，尤其是在光通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和基于微波光子學原理的射頻信號產(chǎn)生與處理方面頗有建樹，近年來在國內(nèi)、外學術(shù)期刊發(fā)表學術(shù)論文60余篇（發(fā)表在國際刊物，且被SCI檢索的20余篇），發(fā)明國家專利3項，獲得軍隊進步科技三等獎1項，出版專著1部。
目 錄
第1章 信息通信1
1.1 信息1
1.2 概率2
1.2.1 隨機變量3
1.2.2 條件概率與獨立性3
1.2.3 累積分布函數(shù)4
1.2.4 概率密度函數(shù)4
1.3 熵與信息4
1.4 信息通信6
1.5 信源編碼：無噪聲編碼7
1.6 香農(nóng)定理8
1.6.1 香農(nóng)基本定理9
1.6.2 香農(nóng)第二基本定理10
1.7 通信信道11
1.7.1 連續(xù)信道11
1.7.2 帶限信道13
1.7.3 高斯信道14
1.8 信息檢測15
1.8.1 貝葉斯準則17
1.8.2 極小極大準則17
1.8.3 Neyman-Pearson準則17
1.9 信息估計18
1.9.1 貝葉斯估計18
1.9.2 小值估計19
1.9.3 似然估計19
擴展閱讀19
參考文獻20
第2章 光子學簡介22
2.1 信息和物理學22
2.1.1 光子學22
2.2 光子與光的本質(zhì)23
2.2.1 光子的特性25
2.2.2 光速27
2.2.3 光波在空間和時間上的相干性28
2.3 電磁波傳播30
2.3.1 麥克斯韋方程30
2.3.2 電磁波動方程32
2.4 電磁頻譜36
2.4.1 紅外區(qū)37
2.4.2 可見光區(qū)38
2.4.3 紫外區(qū)38
2.4.4 太赫茲波段38
2.5 光學成像系統(tǒng)38
2.5.1 成像的射線光學理論39
2.5.2 波動光學：衍射和干涉42
2.6 光與物質(zhì)的相互作用49
2.6.1 吸收50
2.6.2 散射50
2.7 光度成像51
2.7.1 反射和陰影51
擴展閱讀51
參考文獻52
第3章 視覺、視覺感知、計算機視覺54
3.1 引言54
3.1.1 人類視覺系統(tǒng)54
3.2 視覺感知62
3.2.1 感知規(guī)律63
3.2.2 三維中的視覺65
3.2.3 視覺感知的貝葉斯解釋66
3.3 計算機視覺67
3.3.1 圖像格式68
3.3.2 圖像獲取69
3.4 幾何圖元與變換69
3.4.1 幾何圖元69
3.4.2 幾何變換71
擴展閱讀75
參考文獻75
第4章 用于光信息處理的光源和光電探測器77
4.1 引言77
4.2 半導體物理的相關(guān)知識77
4.2.1 電流密度79
4.2.2 光子器件的半導體材料80
4.2.3 半導體結(jié)81
4.2.4 量子阱結(jié)構(gòu)85
4.3 光源87
4.3.1 光放大器88
4.3.2 激光振蕩器93
4.3.3 發(fā)光二極管96
4.3.4 半導體激光器：注入型激光二極管99
4.3.5 有機發(fā)光二極管(OLED)103
4.3.6 光信息領(lǐng)域常見的激光器104
4.4 光電探測器105
4.4.1 光電導器件107
4.4.2 結(jié)型光電二極管108
4.4.3 電荷耦合器件111
4.4.4 硅光子器件112
擴展閱讀116
參考文獻116
第5章 光子調(diào)制、存儲和顯示器件120
5.1 光束調(diào)制的光子器件120
5.1.1 電光效應120
5.1.2 液晶空間光調(diào)制器122
5.1.3 磁光空間光調(diào)制器126
5.1.4 聲光調(diào)制器128
5.1.5 用于光信號調(diào)制的變形反射鏡器件129
5.2 光開關(guān)器件130
5.2.1 標準具開關(guān)器件131
5.2.2 自電光效應器件132
5.3 三維光存儲133
5.3.1 全息存儲器件135
5.4 平板顯示器137
5.4.1 液晶顯示器139
5.4.2 LED和OLED顯示器141
5.4.3 等離子顯示器143
5.4.4 柔性平板顯示器144
5.4.5 電泳和電子書顯示器144
擴展閱讀145
參考文獻145
第6章 變換域信息處理中的光子學147
6.1 引言147
6.2 傅里葉變換147
6.2.1 傅里葉變換的性質(zhì)148
6.2.2 離散傅里葉變換149
6.2.3 三維傅里葉變換151
6.2.4 對數(shù)-極坐標系中的傅里葉變換151
6.2.5 透鏡的傅里葉變換特性152
6.2.6 分數(shù)傅里葉變換153
6.3 哈特利變換154
6.4 小波分析與小波變換155
6.4.1 小波變換156
6.4.2 二維小波變換與圖形處理162
6.5 拉東變換163
6.5.1 中心切片定理164
6.6 霍夫變換165
6.6.1 直線檢測165
6.6.2 圓圈檢測166
6.7 線性變換的光子學實現(xiàn)167
6.7.1 小波變換的光子學實現(xiàn)167
6.7.2 霍夫變換的光子學實現(xiàn)168
擴展閱讀169
參考文獻170
第7章 圖像的底層光子信息處理172
7.1 引言172
7.2 底層圖像處理173
7.2.1 圖像點運算173
7.2.2 圖像群運算173
7.2.3 圖像鄰域處理174
7.3 形態(tài)學運算175
7.3.1 二值形態(tài)學圖像處理175
7.3.2 灰度形態(tài)學處理176
7.3.3 基于光子技術(shù)的形態(tài)學處理176
7.4 將圖像轉(zhuǎn)換為圖形的光子技術(shù)178
7.4.1 深度圖像采集179
7.4.2 圖像配準與影像綜合179
7.4.3 光子學輪廓測定技術(shù)181
7.4.4 光子學流量計量技術(shù)186
擴展閱讀188
參考文獻189
第8章 光網(wǎng)絡(luò)通信中的光子學191
8.1 光纖中的光傳輸191
8.1.1 光纖192
8.1.2 點到點光纖鏈路198
8.1.3 長距離光子通信系統(tǒng)200
8.2 自由空間光子通信200
8.2.1 近地自由空間光子鏈路201
8.3 光子通信網(wǎng)絡(luò)202
8.3.1 波分復用(WDM)205
8.3.2 摻鉺光纖放大器(EDFA)211
8.4 光子安全網(wǎng)絡(luò)212
8.4.1 相位與偏振加密213
8.4.2 解密技術(shù)與差錯控制213
8.4.3 光子圖像編碼技術(shù)213
擴展閱讀215
參考文獻215
第9章 光子計算218
9.1 引言218
9.2 高速計算和并行處理的需求218
9.2.1 單指令多數(shù)據(jù)流(SIMD)體系結(jié)構(gòu)219
9.2.2 多指令多數(shù)據(jù)流(MIMD)體系結(jié)構(gòu)220
9.2.3 流水線并行體系結(jié)構(gòu)220
9.3 電子計算機的局限性221
9.3.1 物理限制221
9.3.2 拓撲限制221
9.3.3 體系結(jié)構(gòu)的瓶頸222
9.3.4 基本極限222
9.4 光子計算222
9.4.1 吞吐量問題224
9.5 數(shù)字光學225
9.5.1 陣列邏輯、多值邏輯和可編程邏輯225
9.6 光子多級互連227
9.7 用于并行光子計算的數(shù)字系統(tǒng)228
9.7.1 余數(shù)數(shù)字系統(tǒng)229
9.7.2 二進制數(shù)字系統(tǒng)230
9.7.3 帶符號位數(shù)字系統(tǒng)230
9.7.4 負二進制數(shù)字系統(tǒng)及其變體232
9.8 光子計算體系結(jié)構(gòu)235
9.8.1 光學陰影投射體系結(jié)構(gòu)235
9.8.2 基于光學陰影投射的統(tǒng)一算法和邏輯處理體系結(jié)構(gòu)237
9.8.3 基于卷積的乘法器體系結(jié)構(gòu)240
9.8.4 混合光子多元處理器244
9.8.5 全光數(shù)字多元處理器244
9.8.6 基于S-SEED的全光子多元處理器245
擴展閱讀246
參考文獻246
第10章 光子模式識別和智能處理250
10.1 引言250
10.2 模式識別的相關(guān)濾波器250
10.2.1 Vander Lugt相關(guān)器250
10.3 頻域相關(guān)濾波器251
10.3.1 相關(guān)性能評估指標252
10.3.2 頻域相關(guān)濾波器的類型254
10.3.3 混合數(shù)字-光子相關(guān)器260
10.3.4 聯(lián)合變換相關(guān)器260
10.4 智能光子處理265
10.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)265
10.5.1 ANN的訓練267
10.5.2 線性模式分類器和多層感知器268
10.5.3 無監(jiān)督的ANN272
10.5.4 ANN的光子實現(xiàn)274
10.6 二維模式識別的聯(lián)想記憶模型275
10.6.1 自動聯(lián)想記憶模型276
10.6.2 異聯(lián)想記憶281
10.6.3 光子異聯(lián)想記憶284
10.6.4 贏家通吃(WTA)模式285
擴展閱讀287
參考文獻288
第11章 量子信息處理291
11.1 引言291
11.2 符號與數(shù)學基礎(chǔ)291
11.3 馮·諾依曼熵293
11.4 量子比特294
11.4.1 多個量子比特295
11.4.2 量子比特的條件概率296
11.4.3 量子比特的操作297
11.4.4 量子比特的實現(xiàn)297
11.5 糾纏態(tài)與光子糾纏300
11.6 量子計算301
11.6.1 量子邏輯門與電路302
11.6.2 量子計算體系結(jié)構(gòu)305
11.7 量子通信307
11.7.1 量子密碼學307
11.7.2 量子隱形傳態(tài)310
11.8 小結(jié)311
擴展閱讀312
參考文獻312
第12章 納米光子學信息系統(tǒng)315
12.1 引言315
12.2 納米光子器件315
12.2.1 光子晶體316
12.2.2 等離子體326
12.3 光子集成和納米光子學信息系統(tǒng)331
擴展閱讀333
參考文獻334
書單推薦
