浙江大學阮智超教授課題組與合作者在亞波長全光模擬運算的研究中取得了新進展。研究團隊通過構建空間耦合模理論，設計并在實驗上實現了一種基于金屬表面等離激元的空間光場微分器，能夠在光的反射過程中，實時地對光場的空間分布進行微分模擬運算。
“2017中國光學十大進展”候選推薦
隨著信息技術的迅猛發展，對信息處理性能的需求不斷提高。與傳統電子器件的信息處理方式相比，光學信息處理技術憑借其超快速、大帶寬、大通量和低損耗等優勢，已經逐漸發展成為一種重要的信息處理手段。而作為一種重要的運算方式，傳統的光學模擬運算需要利用大量宏觀尺寸的光學器件，所占用的空間過大，不利于運算系統的微型化和集成化。
近年來，利用微納結構實現光學模擬運算吸引了大批學者的興趣和關注。多項理論研究結果表明，通過特殊設計的超表面或多層平板等微納結構能夠將空間微分器等光學模擬運算器件的尺寸縮小到波長量級。然而，由于這些微納結構的設計極其復雜，在實驗上精確地制備這些器件并以之實現光學模擬運算存在非常大的難度，因此至今仍未有相應的實驗成果報道。
近日，阮智超教授研究團隊通過構建空間耦合模理論，設計并在實驗上實現了一種基于金屬表面等離激元的空間光場微分器，能夠在光的反射過程中，實時地對光場的空間分布進行微分模擬運算。
該微分器采用最簡單的表面等離激元結構，易于制備及大規模生產，器件厚度僅50 nm，達到亞波長級別。該器件能夠分別實現對光場振幅和相位的空間分布的微分運算，模擬運算精度達到94%以上。相關研究成果發表在Nature Communications [ 8, 15391 (2017 ) ] 上。
基于器件的空間微分本領，該課題組提出了其在實時圖像處理方面的重要應用。課題組利用該微分器對圖像實現了超快速的實時邊界檢測、邊緣提取，最小空間分辨率達到7 μm，在醫學和衛星圖像處理等領域中有重要的技術應用前景。
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