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
1 西安石油大学理学院, 陕西 西安710065
2 中国科学院国家授时中心量子频标研究室, 陕西 西安710600
3 湖南二零八先进科技有限公司, 湖南 长沙410006
大型激光陀螺是一种基于Sagnac效应的惯性传感器。随着尺寸的增加, 基模运转和增益成为重要参数。针对镜片匹配、放电电流大小及腔长等, 计算了ABCD矩阵与高斯光束的特征参数, 验证了不同边长下环形谐振腔腰斑位置及放电电流对光阑的影响。实验结果表明, 出光阈值处光斑质量最优, 光斑最为平整, 比值接近于1且对称结构有利于高效读取信号。这对大型激光陀螺腔体设计具有一定的参考意义。
激光陀螺 谐振腔 腰斑半径 光学矩阵 高斯光束 laser gyroscope resonant cavity waist spot radius optical matrix Gaussian beam
1 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
基于微透镜阵列形式设计了新型大视场激光通信接收光学系统,并提出了完整描述微透镜阵列光传输的3×3光学矩阵模型,讨论了各光学元件倾斜角度和偏心对像面高度和出射角度的影响规律。针对微透镜阵列光学系统形式的设计要求,给出了合理的倾斜角度和偏心的公差范围,在完成积分透镜光学系统像差讨论的基础上,采用设计和仿真相结合的方式实现了大视场激光通信接收光学系统设计,并验证了三维矩阵模型的正确性。通过样机研制、匀光测试和视场测试,最终实现了视场角达0.9°、均匀性达86.58%的新型激光通信接收光学系统,实验测试数据与理论仿真数据相吻合。关于激光通信链路方面的讨论分析进一步证明了微透镜阵列光学系统应用在激光通信系统中的可行性和优越性,为激光通信接收光学系统的设计和研制提供了新思路和新方向。
光通信 微透镜阵列 3×3光学矩阵; 光束匀化 链路能量 光学学报
2020, 40(22): 2206003
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
为了实现聚焦光学系统中元件公差的自动分配, 在实验室自主研发的OTS实际光线追迹软件平台构建公差分析模块, 并据此完成元件公差的优化.依据光学矩阵理论, 以公差的线性模型为基础, 从评价函数、元件公差分配和反馈系数三个方面研究公差优化问题, 结合蒙特卡罗方法和数值分析, 有效的为各光学元件制定了合理的加工公差.采用结合元件敏感度的公差分配方式, 根据现存的问题提出自适应优化法, 并给出了相应实现方法.搭建了多元件双通光学系统验证实际情况中公差模型的正确性.实例计算表明, 该方式使优化平均迭代次数下降了两轮, 相比Zemax分析过程, 在结果差异不大的情况下总运行时间下降了40%, 表明了算法的合理性.整个分析流程对实际的光学系统加工装配具有一定参考价值.
光学设计 公差优化 光学矩阵 蒙特卡罗方法 自适应逼近 Optical design Tolerance optimization Matrix Optics Monte Carlo method Adaption approximation 光子学报
2017, 46(11): 1122001
1 中国科学院西安光学精密机械研究所，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 西安中科光电精密工程有限公司，陕西 西安 710119
摄像机在曝光时间内与目标的相对运动会产生像质模糊，且速高比(或速距比)越大，模糊状态越严重。目前，光学式像移补偿方法主要采用反射镜元件，针对其存在像旋校正机构复杂、运动定位控制难度大、摆扫式易产生光学振荡等缺点，提出了应用旋转双光楔系统进行像移补偿的新方法。建立了双光楔系统的动态作用矩阵数学模型，分析了光楔组件在各种独立运动状态下的出射光矢量轨迹，进行了软件仿真。根据实际的像移补偿需求，给出了双光楔系统的设计结果及控制方法。仿真和分析结果表明：双光楔系统具有结构紧凑、控制方法简单、运动平稳、补偿能力强等显著优点，对于大速高比(或速距比)的应用场合具有重要的实际意义。
旋转双光楔 动态光学矩阵 像移补偿 控制方法 rotating double optical wedge dynamic optical matrix image motion compensation controlling method
主要研究了在自由空间中涡旋光束的传输特性。以拉盖尔-高斯光束为例，利用惠更斯-菲涅耳公式和ABCD 光学矩阵推出了涡旋光束在自由空间中的传输表达式，并由此分析了几种不同旋转对称光学系统中涡旋光束的特性。研究发现旋转对称的光学系统只会影响光束的衍射特性或曲率半径等，并不会影响涡旋光束的轨道角动量特性。
物理光学 轨道角动量 拉盖尔-高斯光束 惠更斯-菲涅耳原理 ABCD 光学矩阵 激光与光电子学进展
2015, 52(1): 012603
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Physics, School of Science and Engineering, Ateneo de Manila University, Loyola Heights, Quezon City 1108, Philippines
2 Department of Mathematics, School of Science and Engineering, Ateneo de Manila University, Loyola Heights, Quezon City 1108, Philippines
A qualitative method to analyze wavefront aberrations is presented. Aberrations of the primary type, expressed in their matrix forms, are used to write the generalized ray transfer matrix of an optical component. The aberrations were treated collectively by examining the pseudospectra of an augmented matrix constructed from the aberration matrices. Results show that aberrations can be distinguished and relative strengths pronounced using this qualitative method.
像差 计算方法 近轴光学矩阵方法 080.2730 Matrix methods in paraxial optics 080.1753 Computation methods 080.1005 Aberration expansions Chinese Optics Letters
2010, 8(11): 1022
1 国防科学技术大学技术物理研究所,长沙,410073
2 北京军区66222部队,北京,102202
将数学中的编码方法与光学原理相结合,利用光折变晶体的四波混频效应,提出了一种可实现矩阵-矩阵的混合负二进制编码的光学系统.介绍了该系统的工作原理,分析了其工作性能.研究表明,此系统的矩阵面编码信息简单,便于扩展,可实现大规模矩阵乘法运算,对光计算的研究有一定的指导作用.
光计算 光学矩阵乘法 混合负二进制 光折变晶体
1 高功率激光物理国家实验室,上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
用于调节高功率固体激光装置“神光Ⅱ”功率平衡的变角度衰减片会对光束产生影响，包括光轴的横向移动、光路的等效长度发生变化、附加光程及波面的弯曲等。通过变角度衰减片的光学传播矩阵定量地分析了这些影响，特别提到光路的等效长度与光程是不同的概念，需要分别考虑。同时联系变角度衰减片的实际应用情况进行了讨论。
变角度衰减片 光学矩阵 横向位移 附加光程
基于几何光学的投影相关原理,本文提出了用非相干多通投影相关器作矩阵-失量乘法运算的新方论;讨论了这种矩阵矢量乘法器的一般结构形式和物理极限;并给出了实验结果,实验表明该方法简单易行.
多通投影相关器 光学矩阵运算 矩阵编码 模拟光计算
