●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4
1.2.4概率密度函數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香農定理8
1.6.1香農第一基本定理9
1.6.2香農第二基本定理10
1.7通信信道11
1.7.1連續信道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
1.8.3Neyman-Pearson準則17
1.9信息估計18
1.9.1貝葉斯估計18
1.9.2最小優選值估計19
1.9.3優選似然估計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37
2.4.2可見光區38
2.4.3紫外區38
2.4.4太赫茲波段38
2.5光學成像繫統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人類視覺繫統54
3.2視覺感知62
3.2.1感知規律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與變換69
3.4.169
3.4.2幾何變換71
擴展閱讀75
參考文獻75
第4章用於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81
4.2.4量子阱結構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有機發光二極管(OLED)103
4.3.6光信息領域常見的激光器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章光子調制、存儲和顯示器件120
5.1光束調制的光子器件120
5.1.1電光效應120
5.1.2液晶空間光調制器122
5.1.3磁光空間光調制器126
5.1.4聲光調制器128
5.1.5用於光信號調制的變形反射鏡器件129
5.2光開關器件130
5.2.1標準具開關器件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
5.4.2LED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傅裡葉變換147
6.2.1傅裡葉變換的性質148
6.2.2離散傅裡葉變換149
6.2.3三維傅裡葉變換151
6.2.4對數-極坐標繫中的傅裡葉變換151
6.2.5透鏡的傅裡葉變換特性152
6.2.6分數傅裡葉變換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167
6.7.1小波變換的光子學實現167
6.7.2霍夫變換的光子學實現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形態學運算175
7.3.1二值形態學圖像處理175
7.3.2灰度形態學處理176
7.3.3基於光子技術的形態學處理176
7.4將圖像轉換為圖形的光子技術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181
7.4.4光子學流量計量技術186
擴展閱讀188
參考文獻189
第8章光網絡通信中的光子學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長距離光子通信繫統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光子通信網絡202
8.3.1波分復用(WDM)205
8.3.2摻鉺光纖放大器(EDFA)211
8.4光子安所有渠道絡212
8.4.1相位與偏振加密213
8.4.2解密技術與差錯控制213
8.4.3光子圖像編碼技術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高速計算和並行處理的需求218
9.2.1單指令多數據流(SIMD)體繫結構219
9.2.2多指令多數據流(MIMD)體繫結構220
9.2.3流水線並行體繫結構220
9.3電子計算機的局限性221
9.3.1物理221
9.3.2拓撲221
9.3.3體繫結構的瓶頸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用於並行光子計算的數字繫統228
9.7.1餘數數字繫統229
9.7.2二進制數字繫統230
9.7.3帶符號位數字繫統230
9.7.4負二進制數字繫統及其變體232
9.8光子計算體繫結構235
9.8.1光學陰影投射體繫結構235
9.8.2基於光學陰影投射的統一算法和邏輯處理體繫結構237
9.8.3基於卷積的乘法器體繫結構240
9.8.4混合處理器244
9.8.5全光處理器244
9.8.6基於S-SEED的全處理器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模式識別的相關濾波器250
10.2.1VanderLugt相關器250
10.3頻域相關濾波器251
10.3.1相關性能評估指標252
10.3.2頻域相關濾波器的類型254
10.3.3混合數字-光子相關器260
10.3.4聯合變換相關器260
10.4智能光子處理265
10.5人工神經網絡(ANN)265
10.5.1ANN的訓練267
10.5.2線性模式分類器和多層感知器268
10.5.3無監督的ANN272
10.5.4ANN的光子實現274
10.6二維模式識別的聯想記憶模型275
10.6.1自動聯想記憶模型276
10.6.2異聯想記憶281
10.6.3光子異聯想記憶284
10.6.4贏家通喫(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符號與數學基礎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297
11.5糾纏態與光子糾纏300
11.6量子計算301
11.6.1量子邏輯門與電路302
11.6.2量子計算體繫結構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310
11.8小結311
擴展閱讀312
參考文獻312
第12章納米光子學信息繫統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繫統331
擴展閱讀333
參考文獻334

本書是一本有關信息光子學的理論、技術與應用的專著。本書作者結合自己的研究實踐，從信息傳輸和信息處理這一視角介紹了光子的特性、關鍵技術和前沿應用。全書分為12章，主要內容包括：信息通信，光子學簡介，視覺、視覺感知、計算機視覺，用於光信息處理的光源和光電探測器，光子調制、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，光網絡通信中的光子學，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繫統。