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第1章 光计算技术概述 1

1.1 计算发展史及发展趋势 1

1.1.1 原始计算时代 1

1.1.2 手工计算时代 1

1.1.3 机械和机电计算时代 2

1.1.4 电子计算时代 4

1.1.5 超级并行计算机现状及其发展 6

1.1.6 未来计算机技术发展展望 7

1.2 光计算概念及涵义 10

1.2.1 光学基本数字运算操作 11

1.2.2 光计算机系统结构基本模型 11

1.3 光学计算处理基础 12

1.3.1 全息光栅 12

1.3.2 光学傅里叶变换 14

1.3.3 阿贝成像原理与空间滤波 16

1.3.4 光学相关器 18

1.3.5 光学数字处理 19

参考文献 24

第2章 半导体多量子阱光电子逻辑器件 25

2.1 半导体多量子阱基本原理 25

2.1.1 微纳材料与量子局限效应 25

2.1.2 半导体多量子阱与自电光效应 27

2.2 自电光效应器件基本原理与特性 30

2.2.1 如何实现自电光效应 30

2.2.2 二极管偏置自电光效应器件实现双稳态 32

2.2.3 对称自电光效应器件 33

2.2.4 对称自电光效应器件实现逻辑运算 34

2.3 多量子阱调制器的优化及特性 36

2.3.1 反射型调制器 36

2.3.2 非对称F-P反射型调制器 37

2.3.3 多量子阱调制器性能 39

2.4 面阵集成自电光效应阵列器件 43

2.4.1 多量子阱调制器和电子电路的集成—灵巧像素 43

2.4.2 多量子阱空间光调制器 44

2.5 总结及展望 46

参考文献 48

第3章 光计算中的微型光源 51

3.1 概述 51

3.2 侧面发射光电子器件 52

3.2.1 LED与LD 52

3.2.2 功能光互连与半导体光源的发展 59

3.3 LED及LD模式垂直表面发射光源的结构及原理 62

3.3.1 LED模式垂直表面发射光源结构和功能特点 62

3.3.2 LD模式垂直表面发射光源初步 64

3.3.3 垂直表面发射光源的集成 64

3.4 VCSELs激光器 66

3.4.1 VCSELs的结构 66

3.4.2 VCSELs特性 72

3.4.3 VCSELs的优化设计 76

3.4.4 VCSELs的进展及趋势 78

3.5 微型激光器的应用 80

3.5.1 光学逻辑器件 80

3.5.2 串行—并行数据转换 83

3.5.3 并行光数据连接 84

3.6 总结及展望 85

参考文献 86

第4章 微光学与衍射光学元件 88

4.1 引言 88

4.2 微光学元件设计 90

4.2.1 几何光学设计 90

4.2.2 设计的标量分析 94

4.2.3 设计的矢量分析 95

4.3 微光学元件的加工技术 96

4.3.1 离子交换制备技术 97

4.3.2 利用相位掩膜的模拟光刻蚀技术 98

4.3.3 电子束纳米光刻制造技术 100

4.4 平面微透镜阵列及其应用 101

4.4.1 膨胀结构的平面微透镜 101

4.4.2 微透镜阵列应用 102

4.5 衍射光学元件的理论基础 103

4.5.1 线性闪耀光栅 104

4.5.2 衍射透镜 106

4.5.3 衍射效率 108

4.6 二元光学元件 109

4.6.1 二元光学元件的设计 109

4.6.2 二元光学元件的制作 109

4.6.3 二元光学元件的应用 110

4.7 总结及展望 113

参考文献 114

第5章 光学存储器件 116

5.1 概述 116

5.2 双光子吸收原理及其应用 117

5.2.1 双光子过程 117

5.2.2 利用双光子过程进行3D读写 119

5.3 光折变效应及空间光调制器 125

5.3.1 光折变效应及光折变晶体 125

5.3.2 光折变光寻址空间光调制器 129

5.3.3 光折变空间光调制器的图像操作 135

5.4 光学全息存储 139

5.4.1 光学全息存储概述 139

5.4.2 光学体全息存储 140

5.5 近场光学存储 145

5.5.1 超分辨近场结构光存储概述 145

5.5.2 超分辨存储实现的基本原理 147

5.5.3 超分辨掩膜的近场光学特性 150

5.6 光学存储器件展望 152

参考文献 153

第6章 并行光互连 155

6.1 概述 155

6.2 光交换与光互连网络初步 155

6.2.1 光交换技术简介 155

6.2.2 光互连网络技术简介 160

6.3 全混洗变换的基本理论与分析 161

6.3.1 PS变换的基本理论 161

6.3.2 二维全混洗变换的理论 170

6.3.3 PS及FPS变换的实现方法 173

6.4 微光学元件实现全混洗变换 179

6.4.1 微闪耀光栅阵列实现左混洗变换 180

6.4.2 微闪耀光栅实现RPS和IPS混洗变换 185

6.4.3 微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换 188

6.5 采用微光学元件的光互连模块 194

6.5.1 微光学元件在Omega光互连网络中的应用设计 194

6.5.2 利用微光学元件设计全交叉光网络模块 199

6.5.3 利用微光学元件构建二维榕树网络 206

6.5.4 微闪耀光栅解复用器与分束器设计 214

6.6 总结及展望 218

参考文献 221

第7章 光缓存与全光同步技术前沿 223

7.1 概述 223

7.2 基于慢光原理的光学缓存与同步 226

7.2.1 慢光基本原理 226

7.2.2 慢光技术介绍 227

7.3 光缓存与同步技术展望 232

参考文献 232