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，春秋時期有名的\"烽火臺\"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。現(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)時代進(jìn)入光與電緊密結(jié)合的光電時代。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│動了一大批新興產(chǎn)業(yè)，推動了傳統(tǒng)工業(yè)的再度換代升級。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轉(zhuǎn)換為電信號，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，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的輸入信號光。它不僅表現(xiàn)在弱信號光強(qiáng)的情況下，而且表現(xiàn)在即使具有較高的信號光功率情況下，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)動態(tài)范圍是光波技術(shù)發(fā)展的一個難點(diǎn)也是一個應(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)其把光信號轉(zhuǎn)換為電信號時所表達(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�光子直接轉(zhuǎn)換成為電子的時候，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，書中難免存在錯誤和不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正。