1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 清华大学电子工程系，北京 100084
3 北京信息科学与技术国家研究中心，北京 100084
4 国防科技大学新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
5 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
光学神经网络是区别于冯·诺依曼计算架构的一种高性能新型计算范式，具有低延时、低功耗、大带宽以及并行信号处理等优势。片上集成是光学神经网络微型化发展的一种典型方式，近年来片上集成光学神经网络获得了学术界及工业界的广泛关注。对基于不同计算单元结构的片上集成光学神经网络的相关研究工作进行了梳理，并分析了其设计原理、实现方法及系统架构特征。同时结合国内外最新研究进展，进一步分析了片上集成光学神经网络在计算单元大规模拓展、可重构、非线性运算和实用化等方面面临的挑战及其未来发展趋势。
集成光学 光计算 光学神经网络 芯片 人工智能
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院&新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
过渡金属硫族化合物及其范德华异质结在光电探测方面具有重要的应用前景。近年来，基于光电导效应、光诱导栅控效应、光伏效应、光-热电效应等机理的器件被提出并广泛研究。其中，基于光诱导栅控效应的过渡金属硫族化合物平面型光电器件因其与晶体管相近的器件结构、工艺兼容性以及较高的光电探测响应率而备受关注，然而往往存在响应速度慢、不施加栅压时暗电流大等缺点，制约了器件性能的进一步提升。因此，针对过渡金属硫族化合物光诱导栅控型光电器件，如何提高其响应速度、降低暗电流成为亟需解决的重要问题。该研究通过实验构建石墨烯/MoS2/h-BN/石墨烯垂直异质结构，在传统石墨烯/MoS2异质结中插入宽禁带h-BN势垒层以抑制器件暗电流，同时利用光照条件下光生载流子的FN隧穿效应提升器件的光电响应速度。该研究成功实现了皮安量级的暗电流以及相对较快的光电探测响应速度（响应时间约为0.3 s），相比于传统石墨烯/MoS2异质结器件（响应时间约为20 s）有近两个数量级的提升，同时验证了基于FN隧穿效应的范德华垂直异质结构对于增强光电探测性能的积极作用。
光电探测器 范德华垂直异质结 FN隧穿 MoS2 h-BN 石墨烯 photodetector van der Waals vertical heterostructure FN tunneling MoS2 h-BN graphene 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230217
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院&新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
近年来，因为体现出诸多异常拓扑现象，外尔超材料一直备受关注。此前的研究表明外尔超材料的反射场具有偏振转换特性。然而，关于反射本征态的讨论却不够深入，原因在于入射电磁场与反射电磁场处于不同的态空间，给分析计算带来了诸多不便。文中从电场为极矢量、磁场为轴矢量的基本特性出发，通过引入镜像算符将入射态空间与反射态空间联系起来，最后对全反射界面的本征态进行了明确的定义。依据上述定义，笔者对外尔超材料的反射本征态进行了计算，结果显示：在入射电磁场为线性偏振的前提下，外尔超材料的反射本征态均为线性偏振态。反射本征态为线性偏振态，这一性质是由系统能量守恒与洛伦兹互易性共同保证的。经过进一步探讨发现，当动量空间的路径绕外尔点一圈时，本征态的电磁场方向旋转角度为90°。这也意味着如果电磁场要回到初始状态，动量空间的路径需绕外尔点4圈。这一现象的拓扑结构可以类比为四阶莫比乌斯环。此外，依据反射本征态为互相垂直的线性偏振态这一特性，笔者定义了旋转角度θ用以描述本征态朝向的变化规律。值得一提的是，这种计算方法不仅仅适用于外尔超材料，满足条件的全反射界面的反射本征态均可以依照上述定义与方法进行分析求解。
超材料 外尔点 本征态 线偏振 莫比乌斯环 metamaterial Weyl points eigenstate linear polarization Möbius strip 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230233
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230219
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230218
红外与激光工程
2023, 52(6): 20230196
Author Affiliations
Abstract
College of Advanced Interdisciplinary Studies & Hunan Provincial Key Laboratory of Novel Nano-Optoelectronic Information Materials and Devices, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Electro-optic (EO) modulator plays a very critical role in the optical communication systems. Here, we report a stimulated thin-film lithium niobate (LN) modulator with a half-wave voltage-length product of 1.8 V·cm, which can successfully achieve modulation and demodulation of a 1 GHz sinusoidal signal with an amplitude of 5 V in experiment. The optical loss caused by metal electrodes is reduced by optimizing the waveguide structure and depositing silica onto the waveguide, and group-velocity matching and characteristic impedance matching are achieved by optimizing the buffer silica layer and the electrode structure for larger bandwidth, which simultaneously improves the modulation efficiency and bandwidth performance. Our work demonstrated here paves a foundation for integrated photonics.
光电子快报（英文版）
2022, 18(10): 583
Author Affiliations
Abstract
We design two types of reflectors by using subwavelength high-index contrast gratings, which exhibit similar high focusing capabilities at normal incidence with a TE-polarized plane wave. One type has bars of different heights, whereas the other has bars of different depths. Both grating reflectors are designed to be approximately 22 \mu m in structural length and 10 \mu m in focal length, at an operating wavelength of 1.55 \mu m. Both achieve a full-width-half-maximum of 0.9 \mu m at the focal plane, which is fairly close to the diffraction limit. Their reflectance reach as high as 94% and 91%.
050.2770 Gratings 050.6624 Subwavelength structures 050.5080 Phase shift 230.4040 Mirrors Chinese Optics Letters
2014, 12(2): 020501
国防科技大学光电学院光子声子研究中心，长沙 410073
构建了用于高性能并行计算的PC机群环境，将基于此机群环境的三维并行时域有限差分算法用于光子晶体薄板W3波导传输特性研究．性能分析表明：对于大规模问题，机群并行FDTD算法能够获得较理想的加速比．具体计算了W3波导的透射率频谱和光场分布．结果表明：光子晶体薄板W3波导能够实现光的三维约束，其导带中存在着微小禁带(mini－gap)．
光子晶体 时域有限差分 并行计算 消息传递接口 W3波导 Photonic crystals FDTD Parallel computing Mpi(Message Passing Interface) W3 waveguide
