作為一門古老而又年輕的科學(xué)技術(shù)，光波技術(shù)愈來愈受到人們的重視。人類從有歷史記載以來就有了關(guān)于光的描述。在中國歷史上，春秋時(shí)期有名的\"烽火臺(tái)\"就是光波作為信息傳遞工具的最好記載�？脊虐l(fā)現(xiàn)的古老銅鏡就是光反射在人們?nèi)粘Ｉ�活中�?yīng)用的最好例證。從反射鏡、放大鏡、顯微鏡到望遠(yuǎn)鏡以至現(xiàn)代應(yīng)用的各種天文望遠(yuǎn)鏡，光一直作為人類認(rèn)識(shí)世界的手段與工具。傳統(tǒng)光學(xué)一直延續(xù)了幾百年，光的\"波動(dòng)性\"與\"粒子性\"以及光的電磁理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和描述使光科學(xué)理論得到質(zhì)的提升。20世紀(jì) 60年代激光問世，揭開了光學(xué)技術(shù)研究與應(yīng)用的新篇章�，F(xiàn)代光學(xué)技術(shù)把光學(xué)技術(shù)、電子學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與精密機(jī)械技術(shù)結(jié)合在一起，使光波的應(yīng)用拓展到了更為廣闊的空間，從單一的光學(xué)時(shí)代進(jìn)入光與電緊密結(jié)合的光電時(shí)代。光波與物質(zhì)的相互作用特別是高能量激光的應(yīng)用創(chuàng)造了光波新的應(yīng)用領(lǐng)域。以激光為代表的光波作為信息獲取的手段、信息傳遞與處理的工具在信息技術(shù)領(lǐng)域顯示出了卓越的特性。如今光波技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)、國防與人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，其發(fā)展速度與勢頭大有趕超電子技術(shù)的趨勢。光波作為信息載體的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面∶

（1）頻帶寬，信息容量大。由于光波頻率很高（約 10lHz），即使 1%的調(diào)制帶寬也有很寬的帶寬，它是微波帶寬的1000 倍以上，因此是非常好的信息載體。

（2）激光波長短，且具有良好的相干性。在精密測量、傳感、光存儲(chǔ)等應(yīng)用中可以獲得很高的測量靈敏度、精度以及大的存儲(chǔ)容量。

（3）具有良好的抗電、磁干擾能力。這給通信、傳感與測量帶來極大的方便。

（4）作為檢測手段，對被檢測對象無干擾與破壞，且可進(jìn)行非接觸測量。（5）具有良好的空間并行性。這拓展了電子學(xué)的一維處理方式，為二維與三維并行處理提供了有利條件。

（6）在光纖中可低損耗遠(yuǎn)距離傳輸，為光纖通信與光纖傳感提供了有力支撐。

利用光波的上述優(yōu)點(diǎn)，幾十年來人類結(jié)合當(dāng)代電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)做了大量應(yīng)用研究與開發(fā)工作。特別突出的是在信息技術(shù)領(lǐng)域，人們研究開發(fā)了光纖通信技術(shù)，如今寬帶、高速、大容量光纖網(wǎng)絡(luò)已遍布世界，給人們的認(rèn)知與交流帶來了巨大變化。信息的快速傳遞，無疑對人們生活、工農(nóng)業(yè)、交通、能源、商業(yè)、文化、國防與科學(xué)技術(shù)等的發(fā)展帶來巨大推動(dòng)作用。光波技│術(shù)應(yīng)用的又一大領(lǐng)域就是激光應(yīng)用技術(shù)，它在激光測量、傳感、激光雷達(dá)、激光大氣與空間通信中已經(jīng)或正待發(fā)揮愈來愈重要的作用。激光應(yīng)用技術(shù)推│動(dòng)了一大批新興產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)了傳統(tǒng)工業(yè)的再度換代升級(jí)。再如光纖傳感技│術(shù)，作為光纖通信的姊妹正得到蓬勃發(fā)展，它所具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，如檢測靈敏度高、可遠(yuǎn)距離獲取信息、易于組網(wǎng)、能夠?qū)崿F(xiàn)分布式傳感等正為人們所利用。目前已在鐵路、公路橋梁、隧道、油庫安全預(yù)警，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測以及軍事裝備等中得到應(yīng)用，它將成為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分之一。

本書針對光波在信息技術(shù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，著重介紹光信息的檢測�？梢哉f，無論是光通信、光學(xué)測量、光電傳感還是其他光電系統(tǒng)，都離不開光│信息的檢測。一個(gè)具有普遍意義的光電信息系統(tǒng)主要由信息的光調(diào)制，光發(fā)射、傳輸、接收與光電轉(zhuǎn)換，電子信息處理與輸出等幾部分組成。本書簡要介紹光信息調(diào)制與傳輸，重點(diǎn)圍繞光信息檢測介紹光探測器、光波參數(shù)檢測和微弱光信號(hào)檢測。此外，還介紹光接收機(jī)設(shè)計(jì)和幾種應(yīng)用最多的光信息檢測系統(tǒng)。

第1章介紹光調(diào)制與光傳輸。眾所周知，光波作為載波傳遞信息具有攜帶大量信息的能力，這些信息往往通過電、磁、聲乃至機(jī)械等方式調(diào)制在光波上。調(diào)制可以改變光波參數(shù)【強(qiáng)度、波長（頻率）、相位、偏振】中任一參數(shù)。在大多數(shù)情況下最為直接也最為簡單的方式就是進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，例如目前的光纖通信就依然采用光強(qiáng)直接調(diào)制，不過它所采用的是數(shù)字技術(shù)，應(yīng)用了編碼調(diào)制的方式，就信息的光調(diào)制而言，它屬于脈沖光調(diào)制。對于脈沖光，當(dāng)其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后將具有寬的頻譜，為了減少信息的失真與丟失，在進(jìn)行光接收機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)除考慮其靈敏度外，對帶寬方面也應(yīng)有所考慮。而對于大多數(shù)光電傳感器與光學(xué)測量儀器來說，被檢測信息往往以模擬方式調(diào)制在光波上，對于這種被動(dòng)調(diào)制，對于光接收機(jī)的設(shè)計(jì)要求更高，特別是在許多場合下對接收靈敏度與帶寬這對彼此制約的參數(shù)都提出了更高的要求。所以，了解信息的光調(diào)制對于光接收機(jī)的設(shè)計(jì)是必要的。

在實(shí)際應(yīng)用中，光信息往往需要通過介質(zhì)在一定距離內(nèi)進(jìn)行傳輸。因此，了解光波在包括晶體、大氣、水以及光纖等各類介質(zhì)中傳輸?shù)男袨楹妥兓�如衰減、光束發(fā)散、偏振與相位變化等，對于光信號(hào)接收方案的選取十分必要。

第 2 章主要介紹光探測器。除信息獲取、傳輸外，光電轉(zhuǎn)換是人直接得到信息最重要的環(huán)節(jié)。不僅如此，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)還能進(jìn)一步幫助改善和提高信息獲取的質(zhì)量和速度。無論是光通信、測量、傳感還是其他光電信息系統(tǒng)，光電轉(zhuǎn)換都是不可缺少的重要組成之一。

光接收機(jī)中，光探測器起著核心作用。光探測器的最基本功能就是將光波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，就這一意義而言，光探測器又被稱為光電探測器。目前所研究與制造的光探測器只能探測光能量與光功率，還無法響應(yīng)光頻的變化，只能探測其隨時(shí)間變化的平均值，這也是光波檢測技術(shù)里最為突出的特點(diǎn)。光探測器的種類非常多，有多個(gè)參數(shù)表征其性能特點(diǎn)，了解這些性能對于光接收機(jī)設(shè)計(jì)有著重要意義。與此同時(shí)，了解光噪聲與探測器噪聲來源和特點(diǎn)對光接收機(jī)設(shè)計(jì)也是十分重要的。

第 3 章主要介紹光波參數(shù)檢測。對于光信息檢測來說，其核心就是應(yīng)用不同類型的光探測器將光波參數(shù)（光強(qiáng)、波長、相位、偏振）轉(zhuǎn)換為電參量（電壓、電流），由于光探測器自身對光頻、相位與偏振不能響應(yīng)，因此光探測的最大特點(diǎn)是光波的各種參數(shù)都是以光強(qiáng)（功率、能量）的形式被轉(zhuǎn)換成電參量的。由此可以看到，除光強(qiáng)外，所有其他光波參數(shù)所攜帶的信息都要經(jīng)過一定的技術(shù)處理轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化的形式才能最后為光探測器所接受。這就引發(fā)了一系列光波探測技術(shù)的問世，諸如相干探測、光譜探測、偏振探測等。

第 4章主要介紹微弱光信號(hào)檢測。所謂微弱光通常是指其經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后信噪比（S/N）接近于1的輸入信號(hào)光。它不僅表現(xiàn)在弱信號(hào)光強(qiáng)的情況下，而且表現(xiàn)在即使具有較高的信號(hào)光功率情況下，由于背景光的干擾，接收信噪比依然處于接近于1的情況。在光信息檢測中，微弱光信號(hào)的檢測具有十分重要的理論研究與應(yīng)用意義。通過它可以大大提高光接收機(jī)靈敏度，從而提高光電系統(tǒng)的性能，例如提高光通信與光雷達(dá)工作距離，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程激光測距;降低發(fā)射機(jī)發(fā)射光功率，提高傳感器靈敏度等。在微弱光信號(hào)檢測中，大多數(shù)情況下是在與噪聲作斗爭。為此，在深刻了解各種噪聲源基礎(chǔ)上，人們研究了一些專門抑制噪聲的方法以及針對微弱光信號(hào)檢測的方法，其中光外差技術(shù)、光相關(guān)技術(shù)、光子探測技術(shù)以及電子鎖模技術(shù)等得到廣泛應(yīng)用。

第 5章主要介紹光接收機(jī)設(shè)計(jì)。光接收機(jī)的核心是光電轉(zhuǎn)換，但一個(gè)滿足要求且性能良好的光接收機(jī)必須結(jié)合總體帶寬（或響應(yīng)速率）和靈敏度要求考慮光探測器的偏置、同接收放大電路的匹配。如何提高光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍是光波技術(shù)發(fā)展的一個(gè)難點(diǎn)也是一個(gè)應(yīng)用需求的重點(diǎn)。既滿足系統(tǒng)對接收帶寬要求，又滿足接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍要求，是接收機(jī)設(shè)計(jì)努力的方向。本書以光纖通信用數(shù)字光接收機(jī)與光纖傳感器用模擬接收機(jī)為典型例子，從光的接收到光電變換、信號(hào)放大處理等方面介紹光接收機(jī)設(shè)計(jì)。

第 6章主要介紹包括激光檢測（激光測距、激光測速、激光線徑檢測、激光雷達(dá)）、光纖傳感器、光電圖像檢測在內(nèi)的幾種典型光信息檢測系統(tǒng)，以加深對光信息檢測的認(rèn)識(shí)與理解。

各章中舉例存在相互交疊的情況，主要是討論的出發(fā)點(diǎn)不同而產(chǎn)生的，如光外差接收、干涉型光纖傳感器等，但分析角度和深度各有側(cè)重而不影響整書的系統(tǒng)性。

最后，在光信息檢測中需要特別提及的是一個(gè)至今仍為物理學(xué)界與工程技術(shù)界所困惑的現(xiàn)象，即由于光探測器只能探測光的能量或強(qiáng)度，當(dāng)其把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)所表達(dá)的物理含義是從光的功率轉(zhuǎn)換到電的電壓或電流。因此相對于電子學(xué)接收機(jī)而言，光接收機(jī)由于具有光電轉(zhuǎn)換過程使其接收靈敏度要比電子學(xué)接收機(jī)的接收靈敏度低一倍。只有當(dāng)有一天人們尋求到將光場幅值轉(zhuǎn)換為電壓或電流，或?qū)⒁粋�(gè)光子直接轉(zhuǎn)換成為電子的時(shí)候，光接收機(jī)才能與電子學(xué)接收機(jī)的接收靈敏度相比擬。

本書第1章由岳慧敏教授編寫，第2章由唐雄貴教授編寫，前言與第3章、第4章由劉永智教授編寫，第5章、第6章由代志勇副教授編寫，全書由劉永智教授統(tǒng)稿。由于編者水平有限，書中難免存在錯(cuò)誤和不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正。