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(jī)變量3
1.2.2 條件概率與獨(dú)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(zhǔn)則17
1.8.2 極小極大準(zhǔn)則17
1.8.3 Neyman-Pearson準(zhǔn)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(kuò)展閱讀19
參考文獻(xiàn)20
第2章 光子學(xué)簡介22
2.1 信息和物理學(xué)22
2.1.1 光子學(xué)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(xué)成像系統(tǒng)38
2.5.1 成像的射線光學(xué)理論39
2.5.2 波動光學(xué)：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(kuò)展閱讀51
參考文獻(xiàn)52
第3章 視覺、視覺感知、計算機(jī)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(jī)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(kuò)展閱讀75
參考文獻(xiàn)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(dǎo)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(dǎo)體材料80
4.2.3 半導(dǎo)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(dǎo)體激光器：注入型激光二極管99
4.3.5 有機(jī)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(dǎo)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(kuò)展閱讀116
參考文獻(xiàn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)具開關(guān)器件131
5.2.2 自電光效應(yīng)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(kuò)展閱讀145
參考文獻(xiàn)145

第6章 變換域信息處理中的光子學(xué)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(biāo)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?jǐn)?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(xué)實(shí)現(xiàn)167
6.7.1 小波變換的光子學(xué)實(shí)現(xiàn)167
6.7.2 霍夫變換的光子學(xué)實(shí)現(xiàn)168
擴(kuò)展閱讀169
參考文獻(xiàn)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(diǎn)運(yùn)算173
7.2.2 圖像群運(yùn)算173
7.2.3 圖像鄰域處理174
7.3 形態(tài)學(xué)運(yùn)算175
7.3.1 二值形態(tài)學(xué)圖像處理175
7.3.2 灰度形態(tài)學(xué)處理176
7.3.3 基于光子技術(shù)的形態(tài)學(xué)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(zhǔn)與影像綜合179
7.4.3 光子學(xué)輪廓測定技術(shù)181
7.4.4 光子學(xué)流量計量技術(shù)186
擴(kuò)展閱讀188
參考文獻(xiàn)189
第8章 光網(wǎng)絡(luò)通信中的光子學(xué)191
8.1 光纖中的光傳輸191
8.1.1 光纖192
8.1.2 點(diǎn)到點(diǎn)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(fù)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(kuò)展閱讀215
參考文獻(xiàn)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(jī)的局限性221
9.3.1 物理限制221
9.3.2 拓?fù)湎拗?21
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(xué)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(jìn)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(fù)二進(jìn)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(xué)陰影投射體系結(jié)構(gòu)235
9.8.2 基于光學(xué)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(kuò)展閱讀246
參考文獻(xiàn)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(biāo)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(xùn)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(shí)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(kuò)展閱讀287
參考文獻(xiàn)288
第11章 量子信息處理291
11.1 引言291
11.2 符號與數(shù)學(xué)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(shí)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(xué)307
11.7.2 量子隱形傳態(tài)310
11.8 小結(jié)311
擴(kuò)展閱讀312
參考文獻(xiàn)312
第12章 納米光子學(xué)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(xué)信息系統(tǒng)331
擴(kuò)展閱讀333
參考文獻(xiàn)334