1 上海理工大学光子芯片研究院，上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海 200093
近年来，受生物神经系统结构和功能的启发，神经形态计算引起广泛兴趣。忆阻器可以通过其电荷或磁通量调节电导，与人脑突触作用机制相似，是神经形态计算最有前途的候选器件之一。提出一种基于飞秒激光加工氧化石墨烯基忆阻器的方法，通过调整器件两端扫描电压，实现了极性可控的电阻开关：低电压下，器件表现出单极性电阻开关特性，在150个循环扫描中呈现高度稳定性，且功耗仅有0.75 nW；高电压下，器件呈现双极性开关特性。伴随测试次数的增加，器件整体电导逐步增加，同时分别讨论了两种电压下器件的开关机制。
极性可控 激光加工 氧化石墨烯 忆阻器 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0323002
Author Affiliations
Abstract
1 Institute of Photonic Chips, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
2 School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
3 Nokia Shanghai Bell Co., Ltd., Shanghai 201206, China
4 College of Medical Instruments, Shanghai University of Medicine and Health Sciences, Shanghai 201318, China
Edge detection for low-contrast phase objects cannot be performed directly by the spatial difference of intensity distribution. In this work, an all-optical diffractive neural network (DPENet) based on the differential interference contrast principle to detect the edges of phase objects in an all-optical manner is proposed. Edge information is encoded into an interference light field by dual Wollaston prisms without lenses and light-speed processed by the diffractive neural network to obtain the scale-adjustable edges. Simulation results show that DPENet achieves F-scores of 0.9308 (MNIST) and 0.9352 (NIST) and enables real-time edge detection of biological cells, achieving an F-score of 0.7462.
diffractive neural network edge detection phase objects Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011102
1 上海理工大学光子芯片研究院, 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院人工智能纳米光子学中心, 上海 200093
完美涡旋光束 (POVB) 是径向强度分布和半径均与光束轨道角动量 (OAM) 状态无关的一类涡旋光, 已被应用于光学操控、光通信、激光材料处理等领域。其中, POVB 轨道角动量状态的探测是关键且有挑战的技术。本研究通过并行梯度下降算法, 构建了光学衍射神经网络 (DNN), 实验上实现了轨道角动量阶数在-50～+50 范围内的 POVB 的识别。在此过程中, 衍射转换效率可达 58%。本研究为 POVB 的 OAM 探测提供了新的思路, 在 POVB 的各类应用中均存在潜在应用价值。
傅里叶光学 轨道角动量探测 光学衍射神经网络 完美涡旋光束 Fourier optics orbital angular momentum detection optical diffraction neural network perfect optical vortex beam
1 上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
2 上海理工大学光子芯片研究院, 上海 200093
3 上海理工大学光电信息与计算机工程学院人工智能纳米光子学中心, 上海 200093
散射现象广泛存在于自然界中。透过散射介质的大景深成像在计算成像领域具有重要的意义和应用价值。近年来,随着深度学习在计算成像领域的广泛应用,散射成像系统中的景深问题亟待进一步研究和拓展。以DenseNet为基础,结合UNet框架,建立了一个具有良好迁移性和景深拓展能力的深度卷积神经网络模型——DUNet。通过使用透过不同目数毛玻璃的散斑图像对网络进行训练,使成像景深拓展至距焦面50 mm处。初步的小鼠脑片实验结果表明,DUNet模型将有望应用于深层组织断层扫描。
光计算 密集卷积网络 散射成像 景深拓展
1 上海理工大学光子芯片研究院, 上海 200093
2 上海理工大学光电信息与计算机工程学院人工智能纳米光子学中心, 上海 200093
人工智能技术,特别是人工神经网络的创新引领了许多领域的应用革命,如网络搜索、计算机识别和语言、图像的识别技术。近年来纳米光子学的发展为传统的人工神经网络技术,特别是光学神经网络的发展带来了全新的物理视角以及截然不同的实现方法。一方面,纳米光子学是一门研究光与材料在纳米尺度相互作用的科学,可以带来全新的技术,如超分辨光学加工技术和超分辨光学成像技术,进而推动微纳尺度上多种功能的光学神经网络的实现。另一方面,纳米光子学中光子传播的多频段、高速度、低功耗的特点,促使了光学神经网络向着小体积、高密度、低功耗的方向发展。人工神经网络自身的发展也促使神经网络算法(如逆向设计、深度学习)在纳米光子学器件的设计中发挥前所未有的作用,以满足纳米光子学器件对自身功能、体积、集成度、计算功能的日益增长的要求。以神经网络的发展为起点,阐述人工神经网络特别是光学神经网络的发展趋势,以及人工神经网络与纳米光子学相互促进的发展历程。
光学器件 人工智能 人工神经网络 光学神经网络 纳米光子学 光学人工智能
1 清华大学 光盘国家工程研究中心深圳分中心, 广东 深圳 518055
2 斯威本科技大学 微光电研究中心, 澳大利亚 斯威尔本
设计了一种单激光器双光子三维光存储系统。区别于目前普遍采用的双激光器方案, 单激光器双光子三维光存储系统结构紧凑、体积小、光程短、所需元器件少。通过衍射光学元件的使用, 实现了单一激光器, 单一物镜和单一主光路的目标。该系统的聚焦伺服线性区为4λ, 与现有的DVD伺服系统兼容。系统选层距离与衍射光学元件的位移距离呈近似的线性关系, 选层伺服易于控制。当选层厚度为0.3mm时, 衍射光学元件的最大位移距离为5.254mm, 系统所需空间小。衍射光学元件表面微结构的最小环带间距为18.202μm, 高度为1.6μm。
双光子 三维光存储 衍射光学元件 two-photon three-dimensional optical data storage diffractive optical element
澳大利亚斯威本科技大学微光子学中心, 霍索恩 VIC 3122， 澳大利亚
光纤和电荷耦合照相机的革命性发明获得了2009年诺贝尔物理学奖，揭示了光子学的科学影响力。光子学，以光子为研究和应用的载体，已经对我们的日常生活和全球经济产生了深刻变革，使人们走向可持续的未来。纳米光子学，即纳米尺度的光科学与技术，是光子学中新兴的前沿领域。纳米光子学致力于信息技术、绿色能源、癌症的早期检测、细胞工程和水资源净化等方面的研究，为我们的社会提供更好的环境和更加健康的生活。介绍了澳大利亚斯威本科技大学微光子学中心近年来在纳米光子学领域中的研究进展，包括五维光学数据存储、非线性光学内窥成像和纳米等离子体太阳能电池等内容。
光子学 纳米光子学 五维光学数据存储 非线性光学内窥成像 纳米等离子体太阳能电池 photonic nanophotonic five-dimensional optical data storage nonlinear optical endoscopy nanoplasmonic solar cells
1 中国科学院上海光机所
2 University of New South Wales, Australia
本文报道一个新的激光与等离子体相互作用的宏观理论.根据宏观流体动力学的双流体模型,计算机数值模拟的结果表明,由于激光等离子体密度条纹的产生和衰减的周期性导致了入射激光反射率的周期性变化,说明激光与等离子体的相互作用过程不是连续的.该理论能成功地解释近年来的实验结果.利用宽频带激光打靶和无规位相片可以抑制密度条纹,提高激光能量向等离子体输运的效率.
激光等离子体 密度条纹
用高功率激光加热微管靶,观察到在软X光波段的Mg+10能级粒子数反转.对微管靶作的二维诊断,得到了维管靶等离子体电子温度和密度的空间分布.
微管靶 等离子体
用正则模分析方法,讨论了激光等离子体细丝中的激光束传播问题;用微扰理论求出在轴向和径向都有密度分布的等离子体细丝中激光束传播的解.
等离子体 正则模 微扰理论
