面向光学模拟计算的空间微分器和光学伊辛模型

发布时间：2021-12-01 22:51

　　在空间域光学模拟计算中,信息加载在空间光场的波前上,并利用光场的空间干涉过程来实现信息处理和计算功能。由于充分利用了光场空间干涉过程的并行性,空间域光学模拟计算器件和系统相比于电子器件和系统来说具有速度快、功耗低、带宽大、可扩展性好等优势,可用于科学与工程领域的一系列实际的计算任务。例如,光学空间微分器有望用于实时、大通量的图像处理;空间域光学伊辛机适用于解决计算科学中的组合优化问题。本文研究了用空间模式耦合干涉方法设计基于共振结构的光学微分运算器件。器件设计的目标是实现微分运算所需的空间频谱传递函数。为此,本文建立了“空间耦合模理论”这一解析模型,它描述了共振体系中的模式耦合与干涉等物理过程,并可以解析地推导出体系的空间频谱传递函数的表达式,因此建立了器件的微纳结构与其光场调控和计算功能之间的联系。在建立“2共振-1端口”体系的空间耦合模理论的基础上,本文设计了一种基于石墨烯表面等离激元的太赫兹波段的空间二阶微分器。理论分析指出,实现二阶微分运算功能的要求是共振体系满足“临界耦合条件”。该器件具有工作带宽大、结构简单、尺寸轻薄等优点,适用于太赫兹波段的实时图像处理,例如安检探测中的图...

【文章来源】： 浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：139 页

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
缩写词清单
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 光计算研究发展历程
    1.3 光学空间微分器和光学伊辛模型的研究现状
    1.4 本文的主要结构和创新点
第二章 空间模式耦合干涉方法
    2.1 光学空间微分器的设计原理
    2.2 “2共振-1端口”体系的空间耦合模理论
    2.3 “1共振-2端口”体系的空间耦合模理论
    2.4 本章小结
第三章 基于石墨烯表面等离激元的太赫兹波段空间二阶微分器
    3.1 石墨烯表面等离激元
    3.2 器件的结构设计和传递函数结果
    3.3 器件的空间二阶微分运算性能及影响因素
    3.4 本章小结
第四章 基于衍射光栅-波导的多波长空间一阶微分器
    4.1 多波长光学空间微分器的设计原理
    4.2 介质波导的模式与色散关系
    4.3 器件结构设计和传递函数结果
    4.4 器件的空间一阶微分运算效果
    4.5 多波长光学空间微分器在图像处理中的应用
    4.6 本章小结
第五章 基于空间相位调制方法的光学伊辛机
    5.1 统计物理学中的自旋模型
    5.2 在傅里叶光学系统中实现光学伊辛模型
    5.3 空间域光学自旋模型的统计平衡态性质
    5.4 空间域光学伊辛机用于求解组合优化问题
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间的研究成果



本文编号：3527206