马国庆 1,2周常河 3,*朱镕威 1,2郑奉禄 1,2[ ... ]司徒国海 1,2,***
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室,上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电学院,北京 100049
3 暨南大学光子技术研究院,广东 广州 510632
受益于光子独特的优势,光计算技术在构建高速、高算力和高能效比的专用计算加速器方面被寄予厚望,目前已经涌现出了许多极具吸引力的方案。特别是对于涉及运算量巨大的二维矩阵-矩阵乘加操作的专用场景,光计算有望在算力和能效比等方面实现超越当前最先进电子计算机几个数量级的性能提升。不同于电子计算通过构建逻辑门实现通用数字计算,主要受深度学习驱动而复兴的光计算更倾向于模拟计算。本文从模拟和数字光计算的角度出发对主流的光计算架构进行分析和讨论,指出了目前光计算技术发展面临的瓶颈,并对光计算未来的发展趋势进行了展望。
光计算 模拟光计算 数字光计算 光计算架构 光学矩阵计算 光学神经网络 光电智能计算 光学信号处理 
中国激光
2023, 50(5): 0500001
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院,广东 广州 511443
介绍一种基于皮米梳的皮米测量技术。在实验中,通过采用两次曝光全息技术制出皮米梳,其两次曝光的干涉场周期具有200 pm的差值。当激光照射到皮米梳上,将产生随着传播方向不变的干涉条纹。该干涉条纹的周期与皮米梳的周期差值成反比,由此建立了一种新型皮米尺度位移或变化的测量原理和方法。以皮米梳及其应用为基础,将会发展出一系列新的皮米光学元件、技术及装置。
测量 皮米光学 皮米测量 皮米光学元件 皮米梳 
光学学报
2022, 42(17): 1712003
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Information Optics and Optoelectronic Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Institute of Photonics Technology, Jinan University, Guangzhou 510000, China
A planar-integrated optical system (PIOS) represents powerful optical imaging and information processing techniques and is a potential candidate for the realization of a three-dimensional (3D) integrated optoelectronic intelligent system. Coupling the optical wave carrying information into a planar transparent substrate (typically fused silica) is an essential prerequisite for the realization of such a PIOS. Unlike conventional grating couplers for nano-waveguides on the silicon-on-insulator platform, the grating couplers for PIOS enable to obtain a higher design freedom and to achieve much higher coupling efficiency. By combining the rigorous coupled wave algorithm and simulated annealing optimization algorithm, a high-efficiency asymmetric double-groove grating coupler is designed for PIOS. It is indicated that, under the condition of the normal incidence of TE polarization, the diffraction efficiency of the -1st order is over 95%, and its average value is 97.3% and 92.8% in the C and C+L bands. The simulation results indicate that this type of grating coupler has good tolerance and is expected to be applied in optical interconnections, waveguide-based augmented reality glasses, and planar-integrated 3D interconnection optical computing systems.
double-groove grating vertical coupling planar integration optical computing 
Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 090501
作者单位
摘要
暨南大学光子技术研究院,广东 广州 511443
提出了一种多焦点人工晶体的设计方法,即将达曼波带片作为光学部刻入单焦点人工晶体表面。达曼波带片由一系列的同心圆环构成,是将达曼光栅的位相调制思想引入传统波带片而形成的一种实用光学元件。经过对衍射级次的调制,它能在聚焦透镜后方光场处产生一系列的轴向焦斑分布。通过结合不同数值孔径的聚焦透镜,焦斑的强度分布也会有一定比例的变化。通过理论模拟和实验验证,为多焦点人工晶体的制作提供了一种有效的设计方法。该多焦点人工晶体拥有五个焦点,能够同时提升白内障患者在不同距离视物时的视力,并为他们提供更加清晰细致的成像效果。
衍射 达曼波带片 人工晶体 多焦点 大焦深 
激光与光电子学进展
2022, 59(7): 0733001
Changhe Zhou 1,2,*
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
It is well-known that the chirped pulse amplification (CPA) technique won the award for the 2018 Nobel Prize in Physics to Mourou and Strickland. The compression and stretching using gratings is the essence of the CPA technique for amplifying femtosecond laser pulses. It seems the public is less aware that there are also other structures for compression and stretching of femtosecond laser pulses using other diffractive gratings, such as doubled-density gratings and deep-etched gratings. Therefore, from the view of diffractive optics, the CPA technique is reviewed with different approaches and experimental implementations that are not only useful for a more comprehensive retrospective overview of CPA, but also for the prospective of the CPA technique, which might lead us to new areas of picometer and femtometer optics in the future.
chirped pulse amplification femtosecond diffractive gratings 
Chinese Optics Letters
2020, 18(11): 110502
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
基于严格耦合波分析方法和模拟退火优化算法,设计了一种在正入射条件下具有宽入射波长和角度范围的偏振无关高效率多层倾斜光栅。为了提高衍射效率和带宽范围,提出了一种折射率渐变的四层三明治光栅结构。基于这种结构,设计了一种可见光波长范围内偏振无关异常反射光栅器件。数值结果表明,正入射下,该光栅具有130 nm(550~680 nm)的波长带宽,在此范围内-1级衍射效率均高于93%,同时偏振相关损耗均小于0.2 dB。此外,这种光栅结构还具有47°(-2°~45°)的入射角度带宽,以及较大的制造容差范围。因此,本文提出的这种多层斜光栅在虚拟现实和增强现实显示系统、基于超表面的器件,特别是可见光波段的超透镜等方面具有潜在的应用价值。
光栅 倾斜光栅 异常反射 偏振无关 正入射 宽带 
光学学报
2020, 40(14): 1405001
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Information Optics and Optoelectronic Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
An encapsulated metal-dielectric reflective grating is presented for broadband polarization-independent two-port beam splitting under normal incidence at the central wavelength of 800 nm. Different from traditional two-port grating splitters in the resonant region, this grating splitter is capable of separating light energy into ±1st orders with high efficiency in a broad waveband for both TE and TM polarizations. A unified method is proposed here for designing this grating splitter, which enables one to choose a grating structure quickly to realize an ultrabroad working waveband. The simulation results indicate that a bandwidth of 46.4 nm could be achieved for diffraction efficiency (defined as the ratio of the light energy diffracted only at the first order to the incident light energy) over 46% at the central wavelength of 800 nm. Moreover, the parameters of the grating structure can be flexibly adjusted with wavelengths using the unified method for various other applications, such as augmented reality, optical interconnections for computing, coherent beam combination, and complex vector beam shaping.
diffractive optics resonant grating polarization independence unified design method 
Chinese Optics Letters
2020, 18(7): 070501
李民康 1,2向显嵩 1,2周常河 1,2,*韦春龙 1[ ... ]朱世曜 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 暨南大学光子技术研究院, 广东 广州 511443
二维光栅是光刻机光栅尺系统的核心元件。搭建了超精密激光直写系统,基于二维超精密工件台,通过旋转基片90°进行两次曝光,制作出栅线密度为1200 line/mm的二维光栅掩模。原子力显微镜和扫描电镜结果表明,所制作的掩模轮廓清晰,空间分布均匀。实验结果证明了超精密激光直写系统能够制作出二维光栅掩模,在制作大尺寸、高精度二维计量光栅方面有着广阔的应用前景。
光栅 超精密系统 激光直写 栅距测量 
光学学报
2019, 39(9): 0905001
项长铖 1,2,*周常河 1,*
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
提出了横电、横磁偏振布拉格角入射下光栅模式的色散方程可进一步分解的理论,证明了分解得到的方程与光栅模式对称性间的等价关系。光栅模式的对称性有助于阐释光栅内部衍射过程的物理图像。通过讨论光栅模式方程的根的分布性质,提出了一种提高有效折射率计算效率的方法。
衍射 衍射理论 衍射光栅 色散方程 对称性 
光学学报
2018, 38(9): 0905001
作者单位
摘要
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
3 中国科学院大学, 北京 100049
衍射光栅在各行各业有着广泛的应用, 这就要求光栅必须具有良好的质量。在制作大尺寸光栅的各种方法中, 激光直写技术具有明显优势, 采用并行激光直写技术制作出了尺寸为100 mm×100 mm、线数为1780 line/mm的正弦形光栅。首先对光栅进行理论分析, 找出正弦形光栅在效率最高时的槽深;然后用激光直写技术制作光栅, 最后在光栅表面镀上一层金膜。测量了光栅的衍射效率, 并预估光栅的均匀性。结果表明:光栅的衍射效率约为90%, 与理论值接近, 而且分布很均匀, 证明了并行激光直写技术制作高质量、大尺寸光栅的可行性。
光栅 镀金光栅 测量 激光直写 衍射效率 
中国激光
2018, 45(9): 0904001

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