浙江大學(xué)阮智超教授課題組與合作者在亞波長全光模擬運算的研究中取得了新進(jìn)展。研究團隊通過構(gòu)建空間耦合模理論，設(shè)計并在實驗上實現(xiàn)了一種基于金屬表面等離激元的空間光場微分器，能夠在光的反射過程中，實時地對光場的空間分布進(jìn)行微分模擬運算。
“2017中國光學(xué)十大進(jìn)展”候選推薦
隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，對信息處理性能的需求不斷提高。與傳統(tǒng)電子器件的信息處理方式相比，光學(xué)信息處理技術(shù)憑借其超快速、大帶寬、大通量和低損耗等優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一種重要的信息處理手段。而作為一種重要的運算方式，傳統(tǒng)的光學(xué)模擬運算需要利用大量宏觀尺寸的光學(xué)器件，所占用的空間過大，不利于運算系統(tǒng)的微型化和集成化。
近年來，利用微納結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光學(xué)模擬運算吸引了大批學(xué)者的興趣和關(guān)注。多項理論研究結(jié)果表明，通過特殊設(shè)計的超表面或多層平板等微納結(jié)構(gòu)能夠?qū)⒖臻g微分器等光學(xué)模擬運算器件的尺寸縮小到波長量級。然而，由于這些微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計極其復(fù)雜，在實驗上精確地制備這些器件并以之實現(xiàn)光學(xué)模擬運算存在非常大的難度，因此至今仍未有相應(yīng)的實驗成果報道。
近日，阮智超教授研究團隊通過構(gòu)建空間耦合模理論，設(shè)計并在實驗上實現(xiàn)了一種基于金屬表面等離激元的空間光場微分器，能夠在光的反射過程中，實時地對光場的空間分布進(jìn)行微分模擬運算。
該微分器采用最簡單的表面等離激元結(jié)構(gòu)，易于制備及大規(guī)模生產(chǎn)，器件厚度僅50 nm，達(dá)到亞波長級別。該器件能夠分別實現(xiàn)對光場振幅和相位的空間分布的微分運算，模擬運算精度達(dá)到94%以上。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications [ 8, 15391 (2017 ) ] 上。
基于器件的空間微分本領(lǐng)，該課題組提出了其在實時圖像處理方面的重要應(yīng)用。課題組利用該微分器對圖像實現(xiàn)了超快速的實時邊界檢測、邊緣提取，最小空間分辨率達(dá)到7 μm，在醫(yī)學(xué)和衛(wèi)星圖像處理等領(lǐng)域中有重要的技術(shù)應(yīng)用前景。
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