Frontiers in Optics是OSA的光學(xué)年會(huì)，來自科研與工業(yè)領(lǐng)域的光科學(xué)家總會(huì)帶來最新的光學(xué)與光子學(xué)研究技術(shù)。今年年會(huì)，這4位科學(xué)家的報(bào)告值得關(guān)注，或許在不久的將來，我們能夠見證這些技術(shù)帶來的改變。
從VR和AR到“混合現(xiàn)實(shí)”
摘要：
歐酷來公司的Scott McEldowney是一名光學(xué)工程師，負(fù)責(zé)VR和AR的成像與顯示技術(shù)，曾參與過微軟體感游戲機(jī)和全息眼鏡項(xiàng)目。在報(bào)告中，他描述了將VR技術(shù)和AR技術(shù)混合的未來世界。
Scott McEldowney在2017年光學(xué)前沿會(huì)議上。照片來源：Alessia Kirkland。
目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。VR技術(shù)試圖將用戶浸入一個(gè)完全獨(dú)立的世界，AR技術(shù)則是將虛擬數(shù)據(jù)、圖像以及感官體驗(yàn)覆蓋到真實(shí)世界中。
而歐酷來公司的Scott McEldowney帶來了融合VR和AR技術(shù)的“混合現(xiàn)實(shí)”技術(shù)。未來所使用的設(shè)備幾乎與普通眼鏡一般輕便，并能全天佩戴。
McEldowney詳細(xì)討論了如何實(shí)現(xiàn)這種未來的輕便混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)。當(dāng)然，其技術(shù)要求直接關(guān)系到光學(xué)的發(fā)展，特別是“將正確的光子發(fā)射到視網(wǎng)膜中”的顯示技術(shù)。他強(qiáng)調(diào)，對(duì)于AR的消費(fèi)類用途，還需對(duì)其景深、圖像質(zhì)量、視野以及“眼箱”（成像系統(tǒng)能夠接收?qǐng)D像的空間內(nèi)可允許的誤差及體積）進(jìn)行嚴(yán)格要求。
未來混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)的挑戰(zhàn)并不局限于顯示技術(shù)，或者普通光學(xué)技術(shù)。McEldowney表示，眼球追蹤是一個(gè)令人棘手的問題。人工智能、人機(jī)交互、計(jì)算機(jī)視覺以及有效載荷及包裝等方面的重大突破均需要應(yīng)用于未來的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)。同時(shí)，他指出，眼鏡重量也是一個(gè)令人望而卻步的問題，“只有進(jìn)行數(shù)量級(jí)上的改變”，才能達(dá)到全天可穿戴設(shè)備的要求。McEldowney認(rèn)為這但鑒于先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)和工具能夠帶來的重大突破，例如納米材料、超表面、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和計(jì)算光學(xué)等，這同樣是“一個(gè)偉大的研究領(lǐng)域”。
而這一系列技術(shù)“或許會(huì)花費(fèi)在座許多人幾十年的時(shí)間才能夠完成”。
自動(dòng)駕駛革命的到來
摘要：
“自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的光學(xué)和光子學(xué)”是FIO 2017四大核心主題之一，美國Luminary科技公司的聯(lián)合創(chuàng)始人之一、首席技術(shù)官Jason Eichenholz發(fā)表了關(guān)于自動(dòng)駕駛汽車中先進(jìn)激光雷達(dá)技術(shù)的演講。
Luminary公司首席技術(shù)官Jason Eichenholz。
盡管自動(dòng)駕駛技術(shù)在計(jì)算和機(jī)器視覺方面已取得了巨大進(jìn)步，但對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)駕駛的激光雷達(dá)技術(shù)的研究仍舊止步不前。
Eichenholz著重強(qiáng)調(diào)了自動(dòng)駕駛技術(shù)的下一步研究工作，以及Luminar公司為生產(chǎn)出實(shí)用性激光雷達(dá)所制定的一系列技術(shù)要求：保持200米的安全距離、對(duì)人眼無害的激光器、每秒捕捉數(shù)百萬個(gè)點(diǎn)并保持10fps的幀率、以及在霧天和其他惡劣天氣下安全行駛的能力。
Eichenholz概述了Luminar公司在研究激光雷達(dá)技術(shù)中已采用的一些技術(shù)：選用對(duì)人眼無害的1550nm砷化銦鎵（InGaAs）激光器、使用InGaAs線性雪崩光電二極管，以及在視野內(nèi)掃描激光信號(hào)而非使用探測(cè)器陣列。
在演講的最后，Eichenholz分享了他對(duì)激光雷達(dá)技術(shù)的看法。他認(rèn)為激光雷達(dá)并不是適合所有技術(shù)需求的解決方式，其他的車載系統(tǒng)如攝像機(jī)系統(tǒng)，同樣是整個(gè)汽車生態(tài)體系的一部分，但激光雷達(dá)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的必要條件。
量子技術(shù)與商業(yè)“混搭”
摘要：
FIO 2017包含三場(chǎng)“遠(yuǎn)見者”（Visionary Speakers）主題報(bào)告，其中之一關(guān)注了隨著量子科技的實(shí)際應(yīng)用而出現(xiàn)的商業(yè)與政治方面的問題。演講人為德國TOPTICA公司聯(lián)合創(chuàng)始人之一、美國光學(xué)學(xué)會(huì)（OSA）會(huì)士Wilhelm Kaenders。
Wilhelm Kaenders發(fā)表關(guān)于量子科學(xué)和商業(yè)的報(bào)告。
Kaenders為量子領(lǐng)域提供了一個(gè)“小公司的觀點(diǎn)”，他將TOPTICA公司稱為“量子使能技術(shù)”公司，為量子研究提供激光及其他技術(shù)支持，并作為提供實(shí)驗(yàn)室量子技術(shù)研究業(yè)務(wù)的直接市場(chǎng)（他稱之為“強(qiáng)大的市場(chǎng)”），以及“內(nèi)外部安全市場(chǎng)”和“空間技術(shù)市場(chǎng)”。
除了商業(yè)公司，各國政府同樣大力支持量子科技的研究并投入大量資金。Kaenders特別指出英國政府針對(duì)量子科學(xué)做出的戰(zhàn)略承諾。這項(xiàng)承諾起源于多年前由2004屆OSA主席Peter Knight發(fā)起的《量子宣言》（quantum manifesto），在數(shù)十年的整體戰(zhàn)略時(shí)期內(nèi)，對(duì)教育、國家實(shí)驗(yàn)室作出巨大貢獻(xiàn)。除此之外，歐盟建立的“量子科技旗艦”（quantum technologies flagship），加拿大的“量子谷”（Quantum Valley），新加坡、荷蘭、丹麥、德國、美國以及中國在航空航天方面展示出的量子技術(shù)“震驚世界”。
Kaenders表示，在量子科技大熱之時(shí)，需要盡快確定量子領(lǐng)域在國際背景下的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于一個(gè)國家而言，量子科技過于復(fù)雜，此類研究需要全球性的努力與合作。
數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)的下一步是什么？
摘要：
如今，對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)的需求正在創(chuàng)造一些深刻的技術(shù)挑戰(zhàn)，推動(dòng)產(chǎn)生新的光學(xué)架構(gòu)和解決方案。在“遠(yuǎn)見者”主題報(bào)告中，IBM公司的光學(xué)通信與高速測(cè)試經(jīng)理Marc Taubenblatt描繪了數(shù)據(jù)中心的發(fā)展構(gòu)想。
IBM公司的Marc Taubenblatt。
美國沃森研究中心的報(bào)告指出，數(shù)據(jù)中心的工作負(fù)載正以每年21％的速度增長，機(jī)器學(xué)習(xí)和機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）的流量也在迅速增長。其中有大約77％的M2M流量集中在少數(shù)幾個(gè)數(shù)據(jù)中心，該統(tǒng)計(jì)強(qiáng)調(diào)了以往的設(shè)備互連解決方案由于功耗暴增而無法實(shí)施。
Taubenblatt認(rèn)為，未來數(shù)據(jù)通信的難題在于具體的硬件解決方案，解決問題的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)中心的交換機(jī)。更有效的光鏈路封裝能夠減輕電力危機(jī)，而使用光學(xué)開關(guān)代替電子開關(guān)能夠消除大功率電光轉(zhuǎn)換。Taubenblatt展示了IBM正在使用硅光子技術(shù)構(gòu)建可重構(gòu)光開關(guān)的工作。他還建議未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要考慮各種“認(rèn)知工作負(fù)載”，網(wǎng)絡(luò)流量依賴數(shù)據(jù)中心內(nèi)高度可并行化的流量來處理峰值數(shù)據(jù)流。而新興的高負(fù)載應(yīng)用，如機(jī)器學(xué)習(xí)和圖形分析可能需要隨機(jī)訪問非常大的內(nèi)存集。
Taubenblatt總結(jié)稱：“數(shù)據(jù)中心的通信需求是非常通用的。但事實(shí)是，這些不同的工作負(fù)載實(shí)際上具有不同的通信需求。未來的網(wǎng)絡(luò)可能更多地利用光開關(guān)和快速控制算法來處理它們，以將特定類型的工作負(fù)載與最適合處理的硬件和架構(gòu)相匹配。”
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