吕且妮[1]2000年在《多级衍射全息光栅与神经网络的光学互连》文中提出光学系统由于其巨大的互连和内在的并行处理能力，特别适应于超大容量数据处理和计算。神经网络是包括有很多简单处理元素的大型信息处理系统。这些处理元素以并行方式互连，从而具有一定的总体计算功能。神经网络中的高密度的互连最适于用光学方法实现。因此用光学方法实现神经网络成为目前比较热门的研究课题。 在神经网络半个世纪的发展过程中，人们提出了数以百计的模型，其中以Hopfield数理模型最具代表性。Hopfield模型实际上是一个自联想记忆或联想记忆模型。由于其记忆是以外积矩阵的方式被存储的，也称为“外积模型”。因而可以用矢量－矩阵积来实现。目前提出实现矢量-矩阵积的光学方法很多，本论文提出了一种实现矢量-矩阵积的光学方法。 由于神经网络中的巨大的神经元之间的互连可以借用光学手段实现，从而使光学互连成为实现神经网络最具有吸引力的潜在技术。光学互连技术在数字光计算、光通信、光计算机及神经网络等领域具有广阔的应用前景。其中自由空间光互连是一种最基本的互连形式。典型的完善混洗互连网络(PS和FPS)以能构造任意形式的互连网络来实现任意互连而倍受关注。 光栅作为一种分光元件，在光谱测量、光计算及光学信息处理中发挥着重要作用。已提出用简单的成像系统和全息光栅来实现PS和FPS的方案，且得到较满意的结果。全息光栅由其制作方便、成本低等优点，己有很多的应用。目前已提出用许多方法包括计算机技术和微电子加工技术制作具有多种性质和特点的各种光栅，如计算全息光栅、二元光栅等，本论文基于传统的光学全息法，制作了一种新的光栅──多级衍射全息光栅。将该光栅用于二透镜成像系统，作为滤波器，实现了矢量-矩阵积的光学互连。为用光学方法实现神经网络的光学互连提供一种切实可行的实验方案，并为光学神经网络从基础研究走向实际应用提供了一定的实验基础。 本论文所做的工作主要有三个部分：本文的第一部分首先详尽地综述了光互连意义、分类及光互连网络中的完善混洗网络的原理和目前所提出的实现方法。其次详细地论述了神经系统的基本原理，介绍了神经网络的基本概念和实现它的光学方案。主要介绍Hopfield数理模型及有关的光学系统、光学神经网络实现所面临的主要困难。 本文的第二部分对透镜成像系统引入了物空间调制的概念，即在物空间的任意位置对光场进行调制，并从理论上对透镜成像系统物空间调制的输出效应进行了研究，从相干成像系统和非相干成像系统两种情况进行讨论，并给出了其数学表达式。研究分析了当在输入面放置2-D数据阵列，在物空间任一点适当引入光栅、棱镜、光楔等具有分光光学元件，可以对输入数据阵列实现PS和FPS互连。因此证明了PS和FPS光互连可作为特定物空间调制的一个应用实例。 本论文的第三部分首先提出了用MachZehnder干涉仪分两步记录制作具有多缓衍射的全息光栅的方法。第一步先用两相干光束A；＊）和A。（X）同时照明全息干版 H；，将 H；曝光制成的吸收型光栅经化学漂白转化为位相光栅。再将这个位相光栅H；作母版，复位到光路中原来的位置。再用丙梧干光束民（X）和B。（X）同时照明H1，调节两反射镜，改变照明 H1的角度。当满足一定条件时，使 B；（X）照明 H；所得的衍射点恰好落在由民（X）照明H；所得的各相邻衍射点之中点。在紧靠干版H；之后放置干版民作为第二次记录，处理后得到所需的全息光栅。观察并记录了这种全息光栅的夫琅和费衍射谱，利用这种多级衍射全息光栅实现了图象多重。 其次在双透镜组成光学系统里，将输入信息作为物函数放在第一个透镜的前焦平面上，多级衍射全息光栅作为滤波器放在其后焦平面上即频谱平面上。利用多级衍射全息光栅的衍射效应实现了一点到多点的光学互连，从而实现了 卜 的神经网络的光学互连。然后再把两个l0光栅正交密接组合实现了2－D神经网络的光学互连。 实验结果表明：用本文制作的多级衍射光栅实现神经网络的互连是－可行的，且具有结构简单、操作容易等特点。光栅制作时引入的综合噪音对输出质量的影响及各衍射级能量的不均衡问题尚待进一步改进。
王应宗, 吕且妮[2]2000年在《用多级衍射全息光栅实现神经网络的光学互连》文中认为用Mach Zehnder干涉仪分两步记录制作了具有多级衍射的全息光栅 .再利用其多级衍射效应 ,实现了 1 D神经网络的光学互连 .结果表明 ,应用该方法不仅能得到满意的光学互连 ,且具有简单易行的优点 .
谢金[3]2005年在《傅立叶模方法的物理本质及其在光栅制作中的指导作用》文中研究说明作为一种重要的光学器件,光栅已被广泛应用到集成光学、声光学、全息学等诸多领域之中,并得到快速发展。光栅应用的实践也不断推动着光栅矢量理论的发展,同时,光栅矢量理论也对光栅的制作和应用起着重要的指导作用。 傅立叶模方法是光栅矢量理论的一个重要组成部分,它产生于上世纪八十年代,经过几十年的发展,它已经成为光栅矢量理论中应用最广泛的方法。本文首先分析了傅立叶模方法的物理本质并阐述了傅立叶模方法的一般步骤,随后,本文分析了傅立叶模方法的两个重要组成部分——逆规则和RICM算法的物理本质。由于极少有人谈及逆规则的物理意义,而逆规则又对提高计算的收敛性具有显著的效果,故本文着重分析了逆规则的物理意义,并应用实例对逆规则的物理本质进行分析,这深化了人们对傅立叶模方法、逆规则和RTCM算法的认识,有助于拓展它们的应用领域。 接着,本文运用傅立叶模方法分析了表面起伏对体积相位全息光栅衍射效率的影响,在理论上对由于表面起伏而形成的既有折射率调制又有浮雕调制的体积相位全息光栅的衍射特性进行了分析,并编制了程序进行计算,发现在表面起伏、膜厚、折射率调制度这几方面的误差中,表面起伏对体积相位全息光栅的衍射效率影响最大。同时,本文还计算出了这几种参数的误差容限,这对体积相位全息光栅的实际制作具有指导作用。 最后,本文用傅立叶模方法研究了想要获得+1级最大透射率,哪种光栅是最佳选择的问题。本文分析了折射率正弦调制光栅、正弦形浮雕光栅、矩形浮雕光栅、三角形浮雕光栅,对它们的主要参数的误差容限进行了对比,发现折射率正弦调制光栅是获得+1级最大透射率的最佳选择,并且,本文还研究了上述光栅的几个主要参数的误差容限,这对光栅的实际制作具有参考价值。
宋艳生[4]2011年在《基于二次电光效应的电控全息光开关的研究》文中提出超大规模的并行计算机系统要求其内部通信网络具有特别高的通信容量和速度。而与此同时传统的“电互连”方式在带宽、互连密度、时钟歪斜、功率损耗、抗干扰性等方面暴露出难以克服的缺陷,已成为并行机系统性能提高的严重障碍。光互连以光作为传递信息的载体,有望彻底解决高性能计算和超高速交换系统中普遍存在的电子瓶颈问题,实现通信系统中的大容量、高速率、低能耗的数据交换。在光互连系统中必须要解决的关键技术之一就是光交换,而光开关是光交换的关键器件。全息光开关凭借其高速度、高可靠性和高拓展性等优势,在光通信网络及超级并行计算系统中将有广阔的应用前景。光互连与光交换已成为近年来的研究热点。论文围绕应用需求,针对电控全息光开关器件及其控制系统的研制展开了理论与实验研究,所取得的结果主要有如下几个方面:1.论文对光互连与光交换技术的国内外发展进行了回顾与分析,重点综述了体全息存储与热固定技术、电控全息光开关器件等课题在近几年取得的一系列重要进展;对几类典型光开关的性能参数进行了分析与比较。2.根据电控全息光开关的技术原理,选择顺电相Mn: KLTN (0.25%, mol)晶体作为存储介质。分别对反射型和透射型体全息相位光栅的衍射效率进行了计算,分析了记录光入射角、光栅厚度和外加场强等参数对衍射效率的影响。结果表明,适当设置这些参数,有利于光栅衍射效率的提高。完成了亚微米体全息相位栅的记录实验,并获得了90.6%的高衍射效率。在全息光栅的读出实验中,验证了体光栅严格的角度选择性。3.将有限元方法应用于对光折变现象的研究。在记录光束之间存在能量耦合的情况下,利用FlexPDE程序对大调制度条件下的带输运模型进行了求解,研究了体全息光栅热固定过程中离子栅的形成,实时动态获取了各参量在晶体内部的空间分布及时间演化的图像。与其他数值求解方法相比,该方法大大降低了模型的求解难度。4.通过与电子栅的暗衰减规律进行类比,基于离子迁移的物理模型,从理论上建立了体全息光栅热固定寿命的模型,并推导了热固定寿命的解析表达式。分析讨论了离子栅寿命对光栅间距、保存温度以及离子浓度的依赖关系,结论与已有理论及实验结果相一致。设计实验完成了体全息光栅的热固定,验证了热固定寿命理论公式的正确性。5.将理论与实验相结合研究了电控全息光开关的时间响应特性。从理论上分析了引起电控全息光开关时间延迟的因素,通过测试获得了光开关实验系统切换光信号的边沿曲线。结果显示,本文所设计的光开关实验系统交换速度达到300ns。分析认为,该速度指标与理论值相比还有较大的提升空间。6.根据电控全息光开关的工作需求和时间响应特性,采用雪崩晶体管串与Marx级联电路相结合的方案,设计了可靠性强的高压高速脉冲控制信号发生器。利用PSPICE软件对电路进行了仿真,结果显示,利用所设计的电路可产生千伏级的纳秒脉冲控制信号,能较好的满足电控全息光开关的控制需求。在印刷电路板上将电控部分与开关模块集成,初步设计了一个2×2端口的电控全息光开关系统。
韦晓鹏[5]2015年在《全息聚合物分散液晶菲涅耳透镜的光电特性及应用研究》文中研究说明传统玻璃材质的光学元(器)件,仍然在光学各分支的研究和工程技术领域中广泛使用,这些传统的光学元件是基于光的折射和反射原理,先进行设计和制图,然后根据设计图纸通过机床打磨制作出毛培,最后再经抛光和镀膜而成。玻璃材质的光学元件存在着制造工艺复杂,尺寸较大,重量较重,易破碎等难以克服的缺点。随着光学在工程技术领域日益广泛的使用,研究和开发出具有制造工艺简单,重量轻、体积小且易于集成的新型光学元件,就显得更加迫切和重要。论文在深入研究聚合物分散液晶光电特性的基础上,基于全息曝光的技术,将聚合物分散液晶材料放置在平面光波与球面光波相干涉所产生的干涉条纹下进行曝光,便制成了全息聚合物分散液晶(H-PDLC)菲涅耳透镜。这种透镜制作方法简单,重量轻,便于小型化和集成化。用所制备的H-PDLC菲涅耳透镜演示了其特殊的衍射成像现象,并进行了电控光学衍射特性实验。这些实验表明,H-PDLC菲涅耳透镜可对入射光波成多级衍射成像,是一种通过自身折射率的周期性变化,对入射光波进行相位调制的光学器件,属于相位型衍射光学器件,且它的光学衍射特性可被外加的电场进行调制。在对H-PDLC菲涅耳透镜的成像特性和电控光学衍射特性进行研究之后,根据光互连的理论,以小型的单片H-PDLC菲涅耳透镜为单元,设计出集成化的电控光互连器件,这在光通信领域有着广阔的研究空间和良好的应用前景。
马升涛[6]2010年在《反射型阶梯光栅的衍射特性研究》文中研究说明随着光通讯和密集波分复用技术的迅猛发展,日益复杂的网络拓扑结构对可靠、灵活的网络管理方式要求越来越高,光交叉互连(OXC)技术就是其中的一项关键技术,光开关则是OXC中的关键器件,尤其是无需光电、电光转换的全光交叉互连器件,其技术水平直接决定着光通讯网络的性能。使低损耗、低成本、可靠性高、便于批量生产的光开关,特别是适用于波长分割多路转换的光开关成为迫切的需要。论文结合光开关研究目前国内外的发展现状和实际,在教育部高等学校博士学科点专项科研基金“光栅阵列-反射式微型光开关原理研究”项目(项目编号:20060611031)的资助下,重点对光栅阵列反射式微型光开关的关键部件,反射型阶梯光栅的衍射特性进行了较为深入的研究。论文主要完成了以下几方面的工作:①对光栅及二元光学元件的发展历史和国内外主流技术进行了综述;②针对反射型阶梯光栅,基于标量衍射理论,采用几何方法计算出斜入射情况下光束在台阶边缘的光程差的分布情况,根据多缝夫琅和费衍射推导出反射型阶梯光栅的衍射光强表达式。并在此基础上,讨论研究了反射型阶梯光栅的台阶数N取2和N趋向于无穷两种极限情况下反射型阶梯光栅光强公式的变化情况。③基于反射型阶梯光栅的光强公式,得到一个入射光垂直入射时的衍射效率公式模型。在该公式模型的基础上详细讨论了阶梯光栅的台阶数N和光栅蚀刻深度H与入射光波长λ比值对最大衍射效率以及闪耀级次的影响;衍射效率公式是关于H /λ的周期函数,通过对H /λ在一个周期内的前半周期、后半周期以及周期外三种情况变化时,对衍射效率最大值所对应的衍射级次的分析,得出了该公式模型下的闪耀条件。通过一些实验数据,证实了该公式模型所得到的闪耀条件结论完全适用于入射光垂直入射下的反射型阶梯光栅。证实了H /λ是影响反射型阶梯光栅最大衍射效率分布的关键因子。④在入射光斜入射的条件下,当入射角在一定范围内变化时,反射型阶梯光栅的衍射效率最大值会分布在某一衍射级,这一衍射级的确定仍与H /λ有关。并且随着入射角的增大,最大衍射效率会从一个衍射级转移到另一个衍射级,其变化方向由大到小变化的。⑤通过分析研究反射型阶梯光栅的衍射效率,获得了相应的系统理论和研究方法,为新型微光开关的设计和开发提供一种新的思路。
何伟君[7]2001年在《用柱透镜制备自由空间光交叉互连器件的研究》文中进行了进一步梳理光互连在光信息处理和信息交换等领域中占据越来越重要的地位，尤其是在光计算机、光交换及神经网络方面。 本文介绍了Kogelnik耦合波理论，并根据Kogelnik理论推导出入射面与光栅矢量不共面时的耦合波理论，讨论不同方向变化入射角对衍射效率的影响；推导出正交两次曝光光栅的衍射波方程；为制备光交叉互连器件提供了理论依据。 本文介绍了记录材料——红敏光致聚合物的性能、记录原理和处理工艺。通过对光交叉互连结构的分析，提出利用柱透镜法制备全息光交叉互连器件，在实验上制备出二维全息光交叉互连器件，并对制备的互连器件的光学特性进行了研究。此方法具有可重复性好，比传统逐点曝光法简单，且能充分体现光交叉互连的结构特点。实验中发现环氧树脂对RSP的性能有改善。 本文为实现自由空间光交叉互连提供了一种新方法，在理论和实验上证明是可行的。随着光互连技术研究的深入，全息光交叉互连元件在自由空间光互连中的应用将变的更广泛。
黄海昆[8]2015年在《菌紫质中同圆偏振光栅衍射调制特性及FDTD模拟Ronchi光栅衍射》文中研究指明在光学的发展过程中,光栅作为一种重要的分光元件,广泛应用于摄谱仪、激光器、集成光路、光通信、光学互连、光计算、光学信息处理和光学精密测量控制等各方面,一直是光学研究的重点。本文中,对菌紫质同圆偏振光栅、位相型Ronchi光栅两种光栅的衍射特性进行了研究。细菌视紫红质(简称菌紫质)是自然界经过长期进化形成的优良的生物分子光致变色材料,它具有优良的光学和光电特性,是目前光存储、光信息处理和光电功能材料等领域研究的热门材料。菌紫质所具有的光致各向异性使得其成为全息光栅的一种重要材料。在记录菌紫质同圆偏振光栅的同时,加入线性偏振的紫光,会使菌紫质薄膜中记录的光栅由非偏振光栅转变为偏振光栅。本文中,我们基于菌紫质简化二态光循环模型及琼斯矩阵建立计算模型对菌紫质同圆偏振光栅的衍射调制特性进行了深入研究。位相型Ronchi光栅在Fourier光学和光学系统的像差测量及像质评价等领域都有重要应用。目前对其衍射特性分析大多采用解析方法。时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain Method,FDTD)是一种重要的数值仿真方法,现今已广泛应用于电磁场计算、微带天线、滤波器等领域的仿真。其优点是能够直接模拟场的分布,精度比较高,是目前使用比较多的数值模拟的方法之一。基于时域有限差分法的Ronchi光栅衍射模拟,有助于对Ronchi光栅的衍射特性研究。本论文中完成了以下工作:1.研究了时域有限差分法的基本理论。通过Yee元胞对麦克斯韦差分方程进行中心差分离散,我们推导了时域有限差分法的三维时域有限差分方程。2.讨论了时域有限差分法中的数值色散,从柯朗稳定条件出发,推导其时间步长间隔与空间步长间隔需要满足的条件。并对时域有限差分法中的吸收边界条件和激励源进行了研究。3.对菌紫质同圆偏振光栅的衍射调制特性进行了研究。在同圆偏振记录菌紫质光栅的同时,加入线性偏振的紫光进行诱导,研究其偏振光栅的衍射效率与再现线偏振光的偏振方向和辅助紫光的偏振方向之间的夹角的调制关系。基于琼斯矩阵和菌紫质光循环的简化光循环模型,建立了紫光诱导同圆偏振记录光栅的理论模型,并对实验结果进行模拟。4.基于时域有限差分法模拟计算了位相型Ronchi光栅的衍射过程。对位相型Ronchi衍射光场0级衍射光场消失,1级衍射光场增强的独特性质进行了理论分析,并使用时域有限差分法对位相型Ronchi光栅衍射光场进行了模拟,模拟结果与实验相一致。
参考文献：
[1]. 多级衍射全息光栅与神经网络的光学互连[D]. 吕且妮. 陕西师范大学. 2000
[2]. 用多级衍射全息光栅实现神经网络的光学互连[J]. 王应宗, 吕且妮. 陕西师范大学学报(自然科学版). 2000
[3]. 傅立叶模方法的物理本质及其在光栅制作中的指导作用[D]. 谢金. 四川大学. 2005
[4]. 基于二次电光效应的电控全息光开关的研究[D]. 宋艳生. 国防科学技术大学. 2011
[5]. 全息聚合物分散液晶菲涅耳透镜的光电特性及应用研究[D]. 韦晓鹏. 上海理工大学. 2015
[6]. 反射型阶梯光栅的衍射特性研究[D]. 马升涛. 重庆大学. 2010
[7]. 用柱透镜制备自由空间光交叉互连器件的研究[D]. 何伟君. 暨南大学. 2001
[8]. 菌紫质中同圆偏振光栅衍射调制特性及FDTD模拟Ronchi光栅衍射[D]. 黄海昆. 河南大学. 2015
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