摘要

近年来，利用微纳结构实现光学模拟运算吸引了大批学者的兴趣和关注。由于这些微纳结构的设计通常极其复杂，所以在实验上精确地制备这些器件并以之实现光学模拟运算存在非常大的难度。本报告主要介绍两种易于制备的空间光场微分器，能实时地对光场的空间分布进行微分模拟运算。第一种为基于表面等离激元结构的全光微分器，可以大规模生产制备，器件厚度仅十分之一波长，模拟运算精度达到94%以上[1-3]。该技术为光信息处理提供了一种全新方法，实验验证了利用该微分器并行图像处理，能实时边界检测和判断边界方向，最小空间分辨率达到7微米，模拟表明其处理速度为飞秒级。第二种为基于光学自旋霍尔效应，通过控制输入光场的线偏振，使其斜入射至介质一与介质二的界面或介质与金属的界面上，同时检对应正交偏振的反射光场，此时器件在此空间频率附近的传递函数为线性，从而能够在反射过程中直接得到输入光场的一阶空间微分结果，进而实现对图像的边缘提取[4]。这些基于微纳光学的图像处理器有望用于高速、大通量图像处理（卫星和医学图像）、并行计算等领域。

1. Z. Ruan, “Spatial mode control of surface plasmon polariton excitation with gain medium: from spatial differentiator to integrator,” Optics Letters 40, 601–604 (2015).

2. T. Zhu, Y. Zhou, Y. Lou, H. Ye, M. Qiu, Z. Ruan*, and S. Fan*, “Plasmonic computing of spatial differentiation,” Nature Communications 8, 15391 (2017).

3. J. Zhang, Q. Ying, Z.C. Ruan*, “Time response of plasmonic spatial differentiators”, Optics Letters, 44, 4511 (2019)

4. T. Zhu, Y. Lou, Y. Zhou, J. Zhang, J. Huang, Y. Li, H. Luo, S. Wen, S. Zhu, Q. Gong, M. Qiu*, and Z. Ruan*, “Generalized spatial differentiation from spin Hall effect of light,” Physical Review Applied  11, 034043 (2019)

报告人简介

阮智超，浙江大学物理系、光电学院双聘教授，博士生导师。2002年毕业于浙江大学竺可桢学院混合班，光电信息工程本科。2007获瑞典皇家工学院“微电子与应用物理”专业博士学位。2007获教育部“国家优秀自费留学生奖学金”。2008年5月至2012年1月，在美国斯坦福大学 E.L. Gintzon实验室任助理研究员。主要研究表面等离激元，超常人工电磁介质，纳米光电材料等，在Nature Nanotechnology, Physical Review Letters(5篇), Nature Communications(2篇)等专业期刊上，发表论文40多篇。引数超过4000次（Google Scholar），5篇入选ESI高引论文, 单篇他引最高超过400次。“空间微分器——亚波长厚度全光模拟运算”的研究入选“2017中国光学十大进展”