本书是一本有关信息光子学的理论、技术与应用的专著。本书作者结合自己的研究实践，从信息传输和信息处理这一视角介绍了光子的特性、关键技术和前沿应用。全书分为12章，主要内容包括：信息通信，光子学简介，视觉、视觉感知、计算机视觉，用于光信息处理的光源和光电探测器，光子调制、存储和显示器件，变换域信息处理中的光子学，图像的底层光子信息处理，光网络通信中的光子学，光子计算，光子模式识别和智能处理，量子信息处理，以及纳米光子学信息系统。

第1章信息通信1
1.1信息1
1.2概率2
1.2.1随机变量3
1.2.2条件概率与独立性3
1.2.3累积分布函数4
1.2.4概率密度函数4
1.3熵与信息4
1.4信息通信6
1.5信源编码：无噪声编码7
1.6香农定理8
1.6.1香农第一基本定理9
1.6.2香农第二基本定理10
1.7通信信道11
1.7.1连续信道11
1.7.2带限信道13
1.7.3高斯信道14
1.8信息检测15
1.8.1贝叶斯准则17
1.8.2极小极大准则17
1.8.3Neyman-Pearson准则17
1.9信息估计18
1.9.1贝叶斯估计18
1.9.2最小优选值估计19
1.9.3优选似然估计19
扩展阅读19
参考文献20
第2章光子学简介22
2.1信息和物理学22
2.1.1光子学22
2.2光子与光的本质23
2.2.1光子的特性25
2.2.2光速27
2.2.3光波在空间和时间上的相干性28
2.3电磁波传播30
2.3.1麦克斯韦方程30
2.3.2电磁波动方程32
2.4电磁频谱36
2.4.1红外区37
2.4.2可见光区38
2.4.3紫外区38
2.4.4太赫兹波段38
2.5光学成像系统38
2.5.1成像的射线光学理论39
2.5.2波动光学：衍射和干涉42
2.6光与物质的相互作用49
2.6.1吸收50
2.6.2散射50
2.7光度成像51
2.7.1反射和阴影51
扩展阅读51
参考文献52
第3章视觉、视觉感知、计算机视觉54
3.1引言54
3.1.1人类视觉系统54
3.2视觉感知62
3.2.1感知规律63
3.2.2三维中的视觉65
3.2.3视觉感知的贝叶斯解释66
3.3计算机视觉67
3.3.1图像格式68
3.3.2图像获取69
3.4几何图元与变换69
3.4.1几何图元69
3.4.2几何变换71
扩展阅读75
参考文献75
第4章用于光信息处理的光源和光电探测器77
4.1引言77
4.2半导体物理的相关知识77
4.2.1电流密度79
4.2.2光子器件的半导体材料80
4.2.3半导体结81
4.2.4量子阱结构85
4.3光源87
4.3.1光放大器88
4.3.2激光振荡器93
4.3.3发光二极管96
4.3.4半导体激光器：注入型激光二极管99
4.3.5有机发光二极管(OLED)103
4.3.6光信息领域常见的激光器104
4.4光电探测器105
4.4.1光电导器件107
4.4.2结型光电二极管108
4.4.3电荷耦合器件111
4.4.4硅光子器件112
扩展阅读116
参考文献116
第5章光子调制、存储和显示器件120
5.1光束调制的光子器件120
5.1.1电光效应120
5.1.2液晶空间光调制器122
5.1.3磁光空间光调制器126
5.1.4声光调制器128
5.1.5用于光信号调制的变形反射镜器件129
5.2光开关器件130
5.2.1标准具开关器件131
5.2.2自电光效应器件132
5.3三维光存储133
5.3.1全息存储器件135
5.4平板显示器137
5.4.1液晶显示器139
5.4.2LED和OLED显示器141
5.4.3等离子显示器143
5.4.4柔性平板显示器144
5.4.5电泳和电子书显示器144
扩展阅读145
参考文献145

第6章变换域信息处理中的光子学147
6.1引言147
6.2傅里叶变换147
6.2.1傅里叶变换的性质148
6.2.2离散傅里叶变换149
6.2.3三维傅里叶变换151
6.2.4对数-极坐标系中的傅里叶变换151
6.2.5透镜的傅里叶变换特性152
6.2.6分数傅里叶变换153
6.3哈特利变换154
6.4小波分析与小波变换155
6.4.1小波变换156
6.4.2二维小波变换与图形处理162
6.5拉东变换163
6.5.1中心切片定理164
6.6霍夫变换165
6.6.1直线检测165
6.6.2圆圈检测166
6.7线性变换的光子学实现167
6.7.1小波变换的光子学实现167
6.7.2霍夫变换的光子学实现168
扩展阅读169
参考文献170
第7章图像的底层光子信息处理172
7.1引言172
7.2底层图像处理173
7.2.1图像点运算173
7.2.2图像群运算173
7.2.3图像邻域处理174
7.3形态学运算175
7.3.1二值形态学图像处理175
7.3.2灰度形态学处理176
7.3.3基于光子技术的形态学处理176
7.4将图像转换为图形的光子技术178
7.4.1深度图像采集179
7.4.2图像配准与影像综合179
7.4.3光子学轮廓测定技术181
7.4.4光子学流量计量技术186
扩展阅读188
参考文献189
第8章光网络通信中的光子学191
8.1光纤中的光传输191
8.1.1光纤192
8.1.2点到点光纤链路198
8.1.3长距离光子通信系统200
8.2自由空间光子通信200
8.2.1近地自由空间光子链路201
8.3光子通信网络202
8.3.1波分复用(WDM)205
8.3.2掺铒光纤放大器(EDFA)211
8.4光子安所有渠道络212
8.4.1相位与偏振加密213
8.4.2解密技术与差错控制213
8.4.3光子图像编码技术213
扩展阅读215
参考文献215
第9章光子计算218
9.1引言218
9.2高速计算和并行处理的需求218
9.2.1单指令多数据流(SIMD)体系结构219
9.2.2多指令多数据流(MIMD)体系结构220
9.2.3流水线并行体系结构220
9.3电子计算机的局限性221
9.3.1物理221
9.3.2拓扑221
9.3.3体系结构的瓶颈222
9.3.4基本极限222
9.4光子计算222
9.4.1吞吐量问题224
9.5数字光学225
9.5.1阵列逻辑、多值逻辑和可编程逻辑225
9.6光子多级互连227
9.7用于并行光子计算的数字系统228
9.7.1余数数字系统229
9.7.2二进制数字系统230
9.7.3带符号位数字系统230
9.7.4负二进制数字系统及其变体232
9.8光子计算体系结构235
9.8.1光学阴影投射体系结构235
9.8.2基于光学阴影投射的统一算法和逻辑处理体系结构237
9.8.3基于卷积的乘法器体系结构240
9.8.4混合光子多元处理器244
9.8.5全光数字多元处理器244
9.8.6基于S-SEED的全光子多元处理器245
扩展阅读246
参考文献246
第10章光子模式识别和智能处理250
10.1引言250
10.2模式识别的相关滤波器250
10.2.1VanderLugt相关器250
10.3频域相关滤波器251
10.3.1相关性能评估指标252
10.3.2频域相关滤波器的类型254
10.3.3混合数字-光子相关器260
10.3.4联合变换相关器260
10.4智能光子处理265
10.5人工神经网络(ANN)265
10.5.1ANN的训练267
10.5.2线性模式分类器和多层感知器268
10.5.3无监督的ANN272
10.5.4ANN的光子实现274
10.6二维模式识别的联想记忆模型275
10.6.1自动联想记忆模型276
10.6.2异联想记忆281
10.6.3光子异联想记忆284
10.6.4赢家通吃(WTA)模式285
扩展阅读287
参考文献288
第11章量子信息处理291
11.1引言291
11.2符号与数学基础291
11.3冯·诺依曼熵293
11.4量子比特294
11.4.1多个量子比特295
11.4.2量子比特的条件概率296
11.4.3量子比特的操作297
11.4.4量子比特的实现297
11.5纠缠态与光子纠缠300
11.6量子计算301
11.6.1量子逻辑门与电路302
11.6.2量子计算体系结构305
11.7量子通信307
11.7.1量子密码学307
11.7.2量子隐形传态310
11.8小结311
扩展阅读312
参考文献312
第12章纳米光子学信息系统315
12.1引言315
12.2纳米光子器件315
12.2.1光子晶体316
12.2.2等离子体326
12.3光子集成和纳米光子学信息系统331
扩展阅读333
参考文献334