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 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
1．8．3 Neyman-Pearson準則 17
1．9 信息估計 18
1．9．1 貝葉斯估計 18
1．9．2?
1．9．3?
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
3．4．1 69
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
5．4．2 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 光子安全網絡 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 物理限制 221
9．3．2 拓撲限制 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