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信息光子学—理论,技术与应用 版权信息
- ISBN：9787121419720
- 条形码：9787121419720 ; 978-7-121-41972-0
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>>
信息光子学—理论,技术与应用 内容简介
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。
信息光子学—理论,技术与应用 目录
目 录
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**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
1．8．3 Neyman-Pearson准则 17
1．9 信息估计 18
1．9．1 贝叶斯估计 18
1．9．2 *小*大值估计 19
1．9．3 *大似然估计 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
5．4．2 LED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 光子安全网络 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 物理限制 221
9．3．2 拓扑限制 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
10．2．1 Vander Lugt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
10．5．1 ANN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ANN 272
10．5．4 ANN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
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**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
1．8．3 Neyman-Pearson准则 17
1．9 信息估计 18
1．9．1 贝叶斯估计 18
1．9．2 *小*大值估计 19
1．9．3 *大似然估计 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
5．4．2 LED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 光子安全网络 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 物理限制 221
9．3．2 拓扑限制 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
10．2．1 Vander Lugt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
10．5．1 ANN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ANN 272
10．5．4 ANN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
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信息光子学—理论,技术与应用 作者简介
Asit Kumar Datta是印度加尔各答大学应用物理系即后来的应用光学与光子学系教授、系主任。获该校电力电子学博士学位并作为讲师开始了自己的职业生涯，1989年被任命为电力电子系教授，该系后来发展为新创建的应用光学与光子学系。Datta教授对电力电子学、控制仪器、光子学和光学计算有重要贡献，完成了12项资助和赞助科研项目，已在印度国内和国际期刊上发表论文120余篇，指导14名博士研究生取得博士学位。Datta教授是工程师协会，电子和电信工程师协会、印度光学学会，和印度照明工程师协会会员。他是巴黎，国际光学委员会（ICO）的印度代表，也是国际照明委员会（CIE）两个分会的印度代表。项鹏，1980年生，2008年在南京通信工程学院通信与信息系统专业获得博士学位，2012年、2016年分别在清华大学电子工程系、南京航天航空大学电子信息工程学院两次完成博士后科研工作。现就职于中国人民解放军陆军工程大学通信工程学院，主要从事光纤通信、微波光子和光电子学等领域本科生、研究生层次的一线教学与科研工作。项鹏在光通信与光信息技术领域具有很强的学科背景与学术理论功底。近年来独立主持江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金、国防重点实验室开放基金等科研项目，并作为主要项目成员参与了多项国家和军内的科研项目的研究工作，尤其是在光通信网络优化和基于微波光子学原理的射频信号产生与处理方面颇有建树，近年来在国内、外学术期刊发表学术论文60余篇（发表在国际刊物，且被SCI检索的20余篇），发明国家专利3项，获得军队进步科技三等奖1项，出版专著1部。
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