Physics-aware Complex-valued Adversarial Machine Learning in Reconfigurable Diffractive All-optical Neural Network
衍射光学神经网络在加速现代机器学习（ML）算法方面显示出优于电子电路的有前途的优势。然而，实现完全可编程的全光实现和快速的硬件部署是具有挑战性的。此外，了解这种系统中对抗性ML的威胁对于现实世界的应用至关重要，这仍然是未探索的。在这里，我们展示了一个大规模的，具有成本效益的，复值的，和可重构的衍射全光学神经网络系统在可见光范围内的基础上级联透射扭曲液晶空间光调制器。在分类重新参数化的帮助下，我们创建了一个物理感知的训练框架，用于将计算机训练的模型快速准确地部署到光学硬件上。此外，我们从理论上分析和实验证明了物理感知的对抗攻击的系统，这是从一个复杂的基于梯度的算法产生的。详细的对抗鲁棒性与传统的多层感知器和卷积神经网络的衍射光学神经网络的一个独特的统计对抗属性的比较。我们的全栈软件和硬件为在各种机器学习任务中使用衍射光学提供了新的机会，并使光学对抗机器学习的研究成为可能。
2022-03-09 cs.ET physics.optics
Broadband Terahertz Modulators based on MEMS-Reconfigurable Mesh Filters
University of Michigan（密歇根大学）
本研究提出一类室温下具备电诱导抗磁切换能力的新型超表面，通过重构亚波长超分子结构调控磁响应，实现了具有创纪录高调制深度与带宽的太赫兹强度调制，为宽带太赫兹调制器研发提供了新方案。
2013-04-24 physics.optics
Multi-Dimensional Reconfigurable, Physically Composable Hybrid Diffractive Optical Neural Network
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文提出多维可重构混合衍射光学神经网络（MDR-HDONN），通过物理可组合架构和全系统可学习性实现功能指数扩展，兼具集成光子可重构性与自由空间超并行性，速度提升74倍、能耗降低194倍，训练快5倍。
2024-11-08 cs.AI cs.AR physics.optics
ReDON: Recurrent Diffractive Optical Neural Processor with Reconfigurable Self-Modulated Nonlinearity
Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（沙伊达国家实验室集成纳米技术中心）；Rensselaer Polytechnic Institute（伦塞拉尔理工学院）
ReDON通过递归自调制非线性机制提升光学计算效率，实现20%的准确率提升
2026-03-10 cs.AI cs.ET physics.optics
Large-scale neuromorphic optoelectronic computing with a reconfigurable diffractive processing unit
Tsinghua University（清华大学）
专用光学处理器被认为是现代计算的颠覆性技术，可以通过大幅提高计算性能从根本上加速人工智能（AI）的发展。用于神经信息处理的光学神经网络架构的最新进展已被应用于执行各种机器学习任务。然而，现有架构的复杂性和性能有限;并且每个架构都需要自己的专用设计，无法在部署后重新配置以在不同应用程序的不同神经网络模型之间切换。在这里，我们提出了一个光电可重构计算范式，通过构建一个衍射处理单元（DPU），可以有效地支持不同的神经网络，并实现了高模型的复杂性与数百万的神经元。它通过对光调制器和光电探测器的动态编程，实现了极高的数据调制速度和大规模的网络参数更新。我们演示了DPU的重新配置，以实现各种衍射前馈和递归神经网络，并开发了一种新的自适应训练方法，以规避系统的缺陷。我们将训练好的网络应用于基准数据集上的手写数字图像和人体动作视频的高速分类，实验结果显示与电子计算方法相当的分类准确性。此外，我们的原型系统与现成的光电子元件构建超过了国家的最先进的图形处理单元（GPU）的性能的几倍的计算速度和超过一个数量级的系统能源效率。
2020-08-26 cs.LG cs.NE eess.IV
Scalable Liquid-Crystal Integrated Silicon Nitride Photonic Circuits for Reconfigurable Quantum Interference
Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）；Korea University（高丽大学）；Seoul National University of Science and Technology（首尔科学技术大学）；Kyung Hee University（庆熙大学）
本文提出了一种基于液晶的相位调制器，实现了高可见度的量子干涉，展示了硅氮化物平台在量子光子电路中的可扩展性和能效。
2026-05-08 physics.optics quant-ph
Diffractive Magic Cube Network with Super-high Capacity Enabled by Mechanical Reconfiguration
针对现有机械重构光学系统通道数不足的问题，提出衍射魔方网络，结合三种机械操作与D2NN模型联合优化通道，实现超高容量低串扰的多通道光学功能，为多光学领域发展提供新路径。
2025-10-03 physics.app-ph physics.data-an physics.optics
Photonic classification on a single diffractive layer
本文提出利用单个衍射光学层和空间光调制器实现可解释线性分类，以光速完成图像分类，并在13%噪声下对路标分类仍保持90%以上准确率。
2025-02-06 physics.optics
Temporal Analog Optical Computing using an On-Chip Fully Reconfigurable Photonic Signal Processor
本文介绍了片上时域光计算的概念，基于色散傅里叶变换和适当设计的调制模块，执行感兴趣的数学运算，如微分，积分，或在时域卷积。当信号通过完全可重构的片上光子信号处理器传播时，执行期望的数学运算。虽然一些光子时域信号处理器已被介绍最近，他们通常是庞大的或他们遭受有限的可重构性，这是非常重要的，以实现大规模的通用光子信号处理器。为了解决这些限制，本文展示了一个完全可重构的光子集成信号处理系统。作为关键点，可重构性是通过利用色散傅里叶变换，线性啁啾调制使用四波混频，并通过级联的马赫-曾德尔调制器和相位调制器施加所需的任意传递函数。我们的演示揭示了$200~ps$的操作时间与$300~fs$的高分辨率。为了具有片上光子信号处理器，利用具有$2.81 \times {10^{6}}~\frac{ps^2}{km}$的极大群速度色散的宽带光子晶体波导。对所提出结构的数值模拟揭示了通过$400~GHz$带宽进行芯片级完全可重构全光信号处理的巨大潜力。
2017-12-18 eess.SP physics.optics
All-optical classification of real biomedical cell images using a diffractive neural network: a simulation study
本文提出基于单层衍射神经网络和空间光调制器的全光细胞分类方法，在真实乳腺癌与肺癌细胞相位、振幅图像上达到93.6%准确率。
2025-08-30 physics.optics
Ultracompact Nano-Mechanical Plasmonic Phase Modulators
电介质的折射率限制了光子学的小型化。通过将光耦合到金属的自由电子，等离子体激元器件实现更深的定位，这与器件的几何尺寸成比例。然而，当局部化接近趋肤深度时，能量从电介质转移到金属中，从而阻碍主动调制。在这里，我们提出了一个纳米机电相位调制原理，利用非常强大的依赖性的相速度的金属-绝缘体-金属（MIM）间隙等离子体的动态可变的间隙尺寸。我们制作了一个23 μm长的非谐振调制器，在780 nm处有1.5 π rad的范围和1.7dB的额外损耗。分析表明，可以实现超紧凑的1 μm $^{2}$覆盖区π rad相位调制器，比先前示出的任何小一个数量级以上。值得注意的是，这种尺寸减小是在不引起额外损失的情况下实现的，因为纳米束-等离子体激元耦合强度以与损失类似的速率增加。这样的小的、高密度的电可控部件可以在光开关结构和可重新配置的平坦等离子体光学器件中找到应用。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Chipscale plasmonic modulators and switches based on metal-insulator-metal waveguides with Ge2Sb2Te5
我们将相变材料Ge_2Sb_2Te_5（GST）引入到金属-绝缘体-金属（MIM）波导系统中，以实现通信波段的芯片级等离子体调制器和开关。利用非晶GST和晶体GST光学特性的差异，这三种结构可以作为可重构的非易失性调制器和开关，具有良好的调制深度（14 dB）和纳秒级的快速响应时间，同时具有封装面积小、结构简单、易于制造等优点。该工作为MIM波导系统中有源器件的设计提供了新的解决方案，并可在更紧凑的信息处理和存储全光电路中找到潜在的应用。
2019-06-18 physics.app-ph physics.optics
From amorphous speckle pattern to reconfigurable Bessel beam via wavefront shaping
贝塞尔光束是一种无衍射的光结构，可以用简单的桌面光学元件，如轴棱锥透镜或环形空间滤波器和相干激光束产生。其主要特点之一是贝塞尔光束在传输几米后仍保持其空间特性。在本文中，我们展示了一个系统和方法，用于产生贝塞尔光束从非晶散斑图案，利用自适应优化的空间光调制器。这些散斑是由通过散射幕传输的光模式产生的，并由环形滤波器选择。与所提出的策略，它是可能的，在用户定义的位置，可重构，无衍射贝塞尔光束通过无序介质。
2015-11-16 physics.optics
Chip-scale atomic diffractive optical elements
原子系统长期以来提供了具有独特量子特性的有用材料平台。原子蒸气中有效的光-物质相互作用导致了许多开创性的科学成就，包括准确和精确的计量学和量子设备。在过去的几十年中，具有微小特征的薄光学元件领域已经被广泛研究，展示了前所未有的线性和非线性控制光子自由度的能力，应用范围从摄影和空间光调制器到白内障手术植入物。原子与这种薄器件的杂交可以提供一种新的材料系统，使传统的蒸汽电池具有增强的功能。在这里，我们制造和展示芯片级，量子衍射光学元件，映射原子状态的衍射光的空间分布。两个基本的衍射元件，层状光栅和菲涅耳透镜，与含有热原子蒸气的原子通道杂交，表现出非常强的频率依赖行为。为芯片级原子衍射光学元件提供设计工具，为各种紧凑的薄量子光学元件开辟了一条道路。
2018-12-04 physics.atom-ph physics.optics
Optical generation of a spatially variant two-dimensional lattice structure by using a phase only spatial light modulator
提出了一种利用光学干涉光刻技术生成空间变化晶格结构的简单方法。使用这种方法，可以独立地改变二维晶格的取向和周期。该方法由两个步骤组成，即：采用二维积分梯度计算的相应的相位掩模的数值合成和合成的相位掩模的实验实施，利用相位只有空间光调制器在光学4f傅里叶滤波装置。作为一个工作实例，我们提供了一个空间变化的正方形晶格结构，它有可能引导高斯光束通过一个90°弯曲的光子晶体自准直现象的实验制作。该方法是数字可重构的，是完全可扩展的，也可以扩展到其他类型的格。
2016-03-22 physics.optics
Fully reconfigurable coherent optical vector-matrix multiplication
光学是一个很有前途的平台，可以帮助实现下一代快速，并行和节能计算。我们展示了一个可重构的自由空间光学乘法器，能够并行计算超过3000，使用空间光调制器的像素分辨率只有340 x340。这使得向量-矩阵乘法和并行向量-向量乘法的向量大小高达56。我们的设计是第一个同时支持可重构，大尺寸和实值线性代数运算的光学实现。这样的光学乘法器可以作为特殊用途的光学处理器，如光学神经网络和光学伊辛机的构建块。
2020-09-25 physics.app-ph physics.optics
Design and Analysis of Nonvolatile GSST-based Modulator Utilizing Engineered Mach-Zehnder Structure with Graphene Heaters
光子集成电路（PIC）是片上光学技术的基础。Mach-Zehnder调制器是PIC的有吸引力的构建块，其主要依赖于材料中的弱且易挥发的光学效应。相比之下，相变材料，如GSST是有前途的候选人，以实现高效和非易失性可重构光学器件。然而，相变材料的相变伴随着其折射率虚部的大的变化，这使得MZM的设计具有挑战性。在本文中，两个有趣的设计方法命名为损失平衡和预均衡提出了高性能的GSST基于MZM。在这方面，提出了一种具有石墨烯作为微加热器的基于GSST的波导，其在所介绍的两种方法中起到可配置有源波导的作用。
2023-03-01 physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable circuit for mode tunable topological quantum structured light
University of the Witwatersrand（威特沃特斯兰德大学）；University of Strathclyde（思克莱德大学）；Centro de Investigaciones en Optica A.C.（光学研究中心）
本文提出一种紧凑的自锁马赫-曾德干涉仪，通过数字空间光调制器与静态光束位移器结合，实现高保真度的空间模式纠缠到拓扑纠缠的映射，并提供可编程的受控单元格门，用于生成高纯度的拓扑量子结构光。
2026-03-20 physics.optics quant-ph
All-Optical Machine Learning Using Diffractive Deep Neural Networks
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute（加州纳米系统研究所）；David Geffen School of Medicine（大卫·格芬医学院）
我们介绍了一种全光学衍射深度神经网络（D2NN）架构，该架构可以在集体工作的无源衍射层的基于深度学习的设计之后学习实现各种功能。我们通过创建3D打印的D2NN来实验性地证明了这个框架的成功，这些D2NN学会了在太赫兹光谱下实现手写数字分类和成像透镜的功能。利用现有的大量3D打印和其他光刻制造方法以及空间光调制器，这种全光学深度学习框架可以以光速执行基于计算机的神经网络可以实现的各种复杂功能，并将在全光学图像分析，特征检测和对象分类中找到应用。这也使新的相机设计和光学组件能够学习使用D2NN执行独特的任务。
2018-07-26 cs.LG cs.NE physics.comp-ph
Light Reconfigurable Geometric Phase Optical Element with Multi-stable States
提出了一种基于光响应自组织手性液晶的具有多稳定衍射效率态的光可重构几何相位光学元件的设计方法。实验表明，该器件具有较宽的衍射效率可调范围，可以在紫外光和绿光的交替激励下进行平滑调制。与以前的设计不同，衍射效率的调节从根本上源于几何相位的调制以及动态相位延迟，并且任何中间衍射状态被记忆。这种多稳态特性在经典和量子水平的全光信号处理、相位全息防伪等方面有着广泛的应用。
2018-10-17 physics.optics
Scalable multilayer diffractive neural network with all-optical nonlinear activation
针对现有全光衍射神经网络（DNNs）缺乏可重构性和非线性、仅能处理简单任务的问题，本研究提出折叠光学系统，用单个空间光调制器实现多层可重构DNN并集成全光非线性激活，大幅提升基准任务准确率，推动可扩展全光神经网络发展。
2025-04-18 physics.optics
A 10 Megahertz Spatial Light Modulator
Stanford University（斯坦福大学）
研究旨在解决光场快速可编程整形工具缺乏的问题，介绍一种基于宽带光相位调制器和高分辨率二维光谱仪的新空间光调制器，可实现兆赫兹速率等多种功能，为物质快速光学操纵开辟新视野。
2026-07-08 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Reconfigurable topological phases in next-nearest-neighbor coupled resonator lattices
我们提出了一个可重构的拓扑光子系统由一个二维晶格的耦合环谐振器，与两个子晶格的网站环耦合的链接环，它可以准确地描述了紧束缚模型。与以前的耦合环拓扑模型不同，该设计是对称不变的，类似于Halfton模型，并且非平凡拓扑结构是具有非零交错相位的下一个最近耦合的结果。该系统表现出拓扑相变之间的平凡和自旋陈绝缘体阶段时，子晶格的频率失谐。这种拓扑相变可以很容易地由热或电光调制器或非线性交叉相位调制引起。我们使用这种晶格设计可重构拓扑波导，在片上光子路由和开关的潜在应用。
2018-07-14 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Digitally reconfigurable complex 2D Dual lattice structure by optical phase engineering
提出了一种将两个周期性晶格波场合成为复对偶晶格波场的方法，该复对偶晶格波场可用于相应二维对偶晶格结构的微加工。由于两个周期性晶格波场的相加本质上是相干的，因此所得的对偶晶格结构高度依赖于组成波场之间的相对相位差。我们表明，它是可能的，通过精确地控制这种相对相位差的双晶格模式的控制。该控制通过利用数字可寻址的仅相位空间光调制器（SLM）来实现。我们提供的计算方法，计算相应的相位掩模显示在SLM上，并通过采用一个简单的4f傅立叶滤波器为基础的几何实验验证结果。该方法是完全可扩展和可重构的周期性晶格波场的选择方面，并有可能形成梯度相位掩模，这可能是有用的渐变折射率光学元件的制造。
2015-10-17 physics.optics
Robust Orbital Angular Momentum Transfer Using Low-Cost Diffractive Optics
SECIHTI - Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）；Tecnologico de Monterrey（蒙特雷理工学院）；Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí（圣路易斯波托西自治大学工程学院）；Centro de Investigaciones en Óptica, A.C.（光学研究中心）
该研究利用印刷在醋酸基底上的低成本静态二元全息图，实现了光镊中稳健的轨道角动量传递，构建了适用于多领域的结构化光操控平台。
2026-08-20 physics.optics
Modulating Low-Power Threshold Optical Bistability by Electrically Reconfigurable Free-Electron Kerr Nonlinearity
本文提出通过静态偏压调制重掺杂半导体中自由电子浓度，实现克尔非线性的电可重构，使光学双稳态功率阈值可调超两个数量级，低至10微瓦，为电光调制器发展提供新途径。
2025-09-06 physics.optics quant-ph
An all-optical spatial light modulator for field-programmable silicon photonic circuits
能够路由光的流动的可重新配置的光子器件实现了灵活的集成光学电路，其不是硬连线的，而是可以外部控制的。类似于自由空间空间光调制器，我们证明了全光学波前整形集成绝缘体上硅光子器件通过修改的空间折射率分布的设备，采用紫外脉冲激光激发。应用适当的激发模式使我们能够完全控制通过器件的双波长光的光学传递函数，从而使我们能够重新定义其功能。作为一个概念验证，我们通过实验证明了多模干涉功分器端口之间的光路由，总效率超过97%，损耗可以忽略不计。集成光子电路中的波前整形提供了一种概念上的新方法，以实现高度适应性和现场可编程的光子电路，在光学测试和数据通信中的应用。
2016-01-25 cond-mat.mes-hall nlin.PS physics.optics
Thermally reconfigurable extraordinary terahertz transmission using vanadium dioxide
Sarab Branch, Islamic Azad University（伊斯兰阿扎德大学萨拉布分校）；University of Tabriz（大不里士大学）；Yeungnam University（荣州大学）
研究通过氧化钒相变材料实现可重构非凡太赫兹传输，利用亚波长孔洞结构调控传输窗口，实现红移或蓝移，并展示其在太赫兹调制器和可重构滤波器中的应用潜力。
2026-05-07 physics.optics
Optical Mode Sorting with a Programmable Diffractive Neural Network
TU Dresden（德累斯顿工业大学）
本文提出一种混合优化框架，结合高维数值设计与低维硬件在环校准，使可编程衍射神经网络无需重训练即可补偿实验失配，实现对六种偏振模式的空间排序，信噪比提升约3.26 dB。
2026-09-23 physics.optics
A surface-normal photodetector as nonlinear activation function in diffractive optical neural networks
针对衍射光学神经网络中相机传感器实现非线性激活函数能耗高、速度慢的问题，提出新型面法向光电探测器，可实现高速低功耗非线性响应，在MNIST等数据集上分类精度与理想ReLU相当。
2023-05-05 cs.ET physics.optics
Scientific Computing with Diffractive Optical Neural Networks
University of Utah（犹他大学）；Tsinghua University（清华大学）；Purdue University（普渡大学）
衍射光学神经网络（DONNs）已经成为在机器视觉系统中执行全光学机器学习（ML）的高吞吐量和节能的硬件平台。然而，目前DONN的应用主要是简单的图像分类任务，这破坏了开发和利用其他ML应用的硬件的前景。在这里，我们数值和实验演示部署的全光可重构DONNs系统的科学计算，包括指导二维量子材料的合成，预测纳米材料和小分子抗癌药物的性质，预测纳米图案化集成光子功率分配器的设备响应，和倒立摆的动态稳定与强化学习。尽管有各种各样的输入数据结构，我们开发了一个通用的功能工程方法，将分类输入功能的图像，可以在DONNs系统中处理。我们的研究结果为将DONN系统用于广泛的ML应用开辟了新的机会。
2023-02-12 cs.ET cs.LG physics.optics
Reconfigurable optical logic operations through scattering media with wavefront shaping
光逻辑门是光计算加速信息处理的基本模块。虽然近年来已经取得了重大进展，但现有的实现方式通常依赖于预先设计为针对特定逻辑功能精确地调制光束的相位和强度的专用结构。因此，这些光闸通常缺乏可重构性，并且不能在动态复杂介质/环境（诸如雾和浑浊的水）内或通过动态复杂介质/环境。在这项工作中，作为一个概念性的演示，我们提出了可重构的光学逻辑操作，通过散射介质与传输矩阵为基础的波前整形。光束被空间光调制器反射，该空间光调制器被划分为用作逻辑单元的若干子区域，每个子区域经由基于传输矩阵的波前整形而显示有预定的波前。每个调制的波前透射通过散射介质以形成期望的光场。这些光场的干涉在预先指定的位置产生明亮的光学焦点，表示不同的逻辑状态。作为概念的证明，我们实验性地演示了五个基本逻辑函数（AND，OR，NOT，NAND，NOR）。由于散射介质/系统的传输矩阵可以立即测量以适应环境扰动，因此该方法如果进一步设计，将为动态复杂环境中的可重构光学逻辑计算开辟新的途径。
2022-08-28 physics.optics
Digitized Phase Change Material Heterostack for Diffractive Optical Neural Network
本文提出由多层不同厚度非易失相变材料构成的数字化异质叠层衍射器件架构，通过实验与热分析验证其电调谐和抗热串扰能力，并评估其在可重构DONN中的机器学习性能。
2024-08-02 physics.app-ph physics.optics
Optical Linearization of Silicon Photonic Ring-Assisted Mach-Zehnder Modulator
本文实验展示了硅光子环形辅助马赫-曾德尔调制器，通过光学域线性化和自动重配置算法，实现超过113 dB.Hz$^{2/3}$的无杂散动态范围，并提升调制斜率效率，可集成于射频光子SoC。
2023-08-30 physics.app-ph physics.optics
Dynamic Coherent Diffractive Imaging Using Only a Support Constraint in the Complex Plane
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Fujikura Ltd.（藤仓株式会社）；Stony Brook University（石溪大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Northwestern University（西北大学）；Singapore–MIT Alliance for Research and Technology (SMART) Centre（新加坡-麻省理工学院研究与技术创新中心）
本文提出一种仅利用样本动态的时间增量先验，通过近场衍射电影重建时变相位物体的方法，并在空间光调制器和光聚合3D打印实验中验证了其有效性。
2026-05-22 physics.optics
2D material platform for overcoming the amplitude-phase tradeoff in ring modulators
紧凑、高速电光相位调制器在各种大规模应用中发挥着至关重要的作用，包括相控阵列、量子和神经网络以及光通信链路。传统的相位调制器受到器件长度和光学损耗之间的基本折衷的影响，这限制了它们的缩放能力。高精细度环形谐振器传统上被用作紧凑的强度调制器，但是由于与相位变化相关联的高插入损耗，它们用于相位调制的用途受到限制。在这里，我们表明，高精细度谐振器可以实现强的相位变化与低插入损耗的折射率的实部和虚部的同时调制，在相同的程度上，即$\frac{Δn}{Δk} \sim 1$。为了实现这一策略，我们利用了一个混合平台，该平台将低损耗SiN环形谐振器与电吸收石墨烯（Gr）和电折射WSe $_2$相结合。我们实现了相位调制效率（$V_{\fracπ{2}} \cdot L_{\fracπ{2}}$）为0.045 V $\cdot$ cm，具有插入损耗对于$\fracπ{2}$弧度的相位变化，IL $_{\fracπ{2}}$为4.7 dB，在25 μ m长$μ$ Gr-Al $_2$ O $_3$ -WSe $_2$中电容器，其嵌入在半径为50 $μ$ m的SiN环上。我们发现我们的Gr-Al $_2$ O $_3$ -WSe $_2$电容器可以支持14.9 $\pm$ 0.1 GHz的电光带宽。我们进一步表明，我们的SiN-2D平台的$V_{\fracπ{2}} \cdot L_{\fracπ{…
2022-12-02 physics.optics
Optical Channel Aggregation by Coherent Spectral Superposition with Electro-Optic Modulators
针对光网络扩容需求，提出基于电光调制器线性信号处理与相干谱叠加的全光信道聚合方案，经多类信号实验验证，可提升频谱利用率与容量，适配未来动态可重构光网络且易集成。
2021-09-03 eess.SP physics.optics
Massively parallel and universal approximation of nonlinear functions using diffractive processors
本文提出利用纯相位衍射处理器以线性光学实现大规模并行非线性函数通用逼近，并通过数值与实验验证其可并行计算百万级非线性函数。
2025-07-11 cs.NE physics.app-ph physics.optics
Reconfigurable integrated full-dimensional optical lattice generator
具有周期性势的光晶格在现代光学和光子学中引起了极大的关注，使得在原子操纵、光阱、光通信、成像、传感等方面具有广泛的应用。在过去的十年中，通过各种方法如多平面波干涉仪、光束叠加、空间光调制器、纳米光子电路等，对光晶格的产生进行了广泛的研究。然而，所有先前的现有技术的工作仅限于光场的一维或二维，这不能满足对复杂光操纵的日益增长的需求。光场的全维和动态控制，包括空间振幅、相位和偏振，对于复杂光晶格的产生是非常具有挑战性和不可或缺的。在这里，我们提出并证明了一个可重构的集成全维光晶格发生器，即光子发射阵列（PEA），使可重构和全维操作的光晶格，其中4x4光子发射单元（PEU）与64热光微加热器密集集成在硅芯片上。通过对每个PEU进行精确的工程设计，独立且完全地控制振幅、相位和偏振的光学性质，可以在远场中产生和重新配置各种光学涡旋晶格、圆柱形矢量光束晶格和矢量涡旋光束晶格。所展示的集成光晶格发生器为复杂光操作的小型化、全维控制和增强的灵活性铺平了道路。
2023-02-11 physics.optics
All-optical autoencoder machine learning framework using linear diffractive processors
本研究提出基于线性衍射处理器的全光自编码器框架，利用D2NN双向复用特性实现编解码，拓展了潜在空间应用，验证了图像去噪等多场景功能，为多功能光学智能系统提供新思路。
2025-03-21 physics.app-ph physics.optics
Decision-making and control with diffractive optical networks
School of Physics and Materials Science, Nanchang University（南昌大学物理与材料科学学院）；Institute for Advanced Study, Nanchang University（南昌大学高等研究院）；School of Physics and Electronic Science, East China Normal University（华东师范大学物理与电子科学学院）；School of Engineering and Information Technology, University of New South Wales Canberra（新南威尔士大学堪培拉校区工程与信息技术学院）
本文提出使用深度强化学习结合残差架构实现具备决策与控制能力的衍射光学网络，通过三种经典游戏验证其优越性能并完成井字棋实验演示，推动人工智能向高级感官能力转变。
2023-09-21 cs.ET cs.LG physics.optics
Scalable photonic-phonoinc integrated circuitry for reconfigurable signal processing
本文利用蓝宝石上的氮化镓实现了无需悬浮结构的可扩展光子-声子集成电路，能够同时实现光声场的高效发射、灵活路由与可重构处理，并展示了声学介导的频分复用射频与光信号的可重构转换。
2025-03-02 physics.app-ph physics.optics
Wavelength-Multiplexed 2D Beam Steering via a Passive Diffractive Network
Electrical and Computer Engineering Department, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系）；Bioengineering Department, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校生物医学工程系）；California NanoSystems Institute (CNSI), University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所）
提出一种无源衍射光学网络，利用波长作为控制参数实现任意二维光束偏转，通过深度学习优化级联衍射层，数值和实验验证了625个波长通道的25x25偏转阵列，具有亚波长精度和高信道保真度。
2026-06-16 cs.CV cs.NE physics.app-ph
Large-scale integrated reconfigurable orbital angular momentum mode multiplexer
最近的实验表明，在轨道角动量复用光互连网络的链路容量提高其潜力。同时，需要紧凑的光子集成轨道角动量（解）复用器件来解决诸如高可扩展性、快速可配置性、低成本和低功耗的要求。在这里，我们报告了一个大规模的集成可调谐轨道角动量模式复用器，它支持多达20个复用轨道角动量模式超过16个波长的通道，30 GHz的信道间隔。9个复用的OAM光束编码的28 Gbaud 16正交幅度调制信号的测试床的演示，实现了1.008 Tbit s-1的聚合速率与低的惩罚和亚微秒的轨道角动量模式的重构速率。该器件为取代笨重的衍射光学元件提供了一种有效的解决方案，为光互连网络中的轨道角动量复用铺平了道路。
2020-08-03 physics.app-ph physics.optics
Tunable quantum two-photon interference with reconfigurable metasurfaces using phase-change materials
相变材料在两个稳定相之间可逆且快速切换的能力已经驱动它们在许多应用中的使用，例如数据存储和光调制器。将这种材料嵌入超颖表面使得能够实现控制光场的新方法。在这篇文章中，我们提出了一种新型的可切换超颖表面的设计，使非经典双光子量子干涉的控制。这些结构不需要静态功耗，在室温下工作，并且具有高开关速度。对于本文中提出的第一个自适应超颖表面，预测从-97.7%（反聚结）到75.48%（聚结）的可调谐非经典双光子干涉。对于第二种自适应几何结构，在热驱动的晶体学相变时，量子干涉从-59.42%（抗聚结）切换到86.09%（聚结）。紧凑和快速可控的量子器件的发展为全新的量子应用开辟了有前途的道路，以及改进自由空间量子逻辑门、线性光学钟实验和量子相位估计系统的可能性。
2021-01-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
An Optically Addressable Transmissive Liquid Crystal Metasurface Spatial Light Modulator
California Institute of Technology（加州理工学院）；Seurat Technologies Inc.（Seurat科技有限公司）
本文提出一种可光学操控的透射液晶元表面空间光调制器，用于高功率传输光的调制，通过光致电接触实现液晶介质的可控切换，展示了高效率的光调制性能和多物理场模拟方法。
2026-03-21 physics.optics
Suspended thin-film lithium niobate modulator for broadband mid-infrared light modulation and frequency comb generation
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Ming Hsieh Department of Electrical and Computer Engineering, University of Southern California（南加州大学明海电气与计算机工程学院）；PHY research lab, Intel lab（英特尔实验室PHY研究组）；Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部）
本研究提出了一种悬空薄膜铌酸锂调制器，实现了宽波段中红外光调制和频率梳生成，展示了高效率的电光调制性能和频率可调性。
2026-01-24 physics.optics
Turning Optical Complex Media into Universal Reconfigurable Linear Operators by Wavefront Shaping
本文提出利用多模光纤或散射层等复杂光学介质结合波前整形和空间光调制器，从大型随机传输矩阵中提取并实验构建可随意切换的16×16复值线性算子，实现可重构、鲁棒且易制造的光学模拟计算单元。
2018-10-12 physics.optics
Hybrid Diffractive Optics Design via Hardware-in-the-Loop Methodology for Achromatic Extended-Depth-of-Field Imaging
通过结合计算成像的数字可微模型对衍射光学元件（DOE）轮廓进行端到端优化，由于所得到的物理设置的紧凑性，在新兴应用中获得了越来越多的关注。尽管最近的工作已经显示出这种方法设计光学器件的潜力，但其在物理设置中的性能仍然受到DOE的制造伪影、模拟和所得实验点扩散函数之间的失配以及校准误差的限制和影响。此外，有效设计DOE的数字可微模型的计算负担正在增加，从而限制了可以设计的DOE的大小。为了克服上述局限性，本文提出并研制了一种采用纯相位空间光调制器（SLM）作为编码DOE的宽带成像系统。SLM相位图案和图像重建算法的协同设计是按照端到端的策略产生的，使用配备有定量和定性损失函数的卷积神经网络进行优化。成像系统采用SLM作为DOE和折射透镜的混合光学系统。SLM相位图案通过应用硬件在环技术进行优化，这有助于消除成像的数值建模和物理现实之间的不匹配，因为光传播不是数值建模的，而是物理完成的。在我们的实验中，混合光学实现的SLM相位图案的光学投影在一个透镜平面上的深度范围为0.4- 1.9米。与索尼A7 III和iPhone Xs Max相机等复合多镜头光学器件的比较表明，该系统在全聚焦清晰成像方面具有先进性。
2022-03-30 eess.IV physics.comp-ph physics.optics
Reconfigurable Single-Ring Photonic Molecule on Lithium Niobate
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Center for Quantum Science and Engineering（量子科学与工程中心）
提出在铌酸锂微环谐振器中利用光折变光栅实现可编程、可擦写的单环光子分子，实现GHz级模式分裂和可调谐耦合，并应用于毫米波单边带转换。
2026-06-04 physics.optics
Fresnel zone plates for reconfigurable atomic waveguides
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；RAL Space, STFC, Rutherford Appleton Laboratory（拉尔夫空间，STFC，卢瑟福阿普尔顿实验室）
提出一种结合菲涅耳波带片与空间光调制器优势的新型波带片，可生成大面积环形光场，用于超冷原子萨格纳克干涉测量。
2026-06-26 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
2D beam shaping via 1D spatial light modulation
许多新兴的可重构光学系统在产生动态二维（2D）电场时受到布线复杂性的限制。使用基于梯度的反向设计，静态相位掩模双合透镜，我们提出了一种光学系统，使用一维（1D）强度空间光调制器（SLM）产生2D强度波前。我们展示了将49个元素的一维阵列中的每个点映射到不同的7x7二维空间分布的能力。我们所提出的方法将大大放松2D亚波长SLM的布线复杂性，可能使下一代SLM利用新的像素架构和新材料。
2021-01-11 physics.optics
CMOS-fabricated ultraviolet light modulators using low-loss alumina piezo-optomechanical photonic circuits
针对现有光子平台紫外损耗高、有源氧化铝PIC热光调谐存在速度与密度等局限，研究提出基于氧化铝波导和氮化铝致动器的CMOS压电光机械PIC平台，实现了320nm波段高性能可重构滤波器。
2025-05-21 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Robust class-gated single-pixel diffractive optical neural network with random-aberration-aware training
College of Integrated Circuits, Harbin Institute of Technology (Shenzhen)（哈尔滨工业大学（深圳）集成电路学院）；Shenzhen Engineering Laboratory of Aerospace Detection and Imaging, Harbin Institute of Technology (Shenzhen)（哈尔滨工业大学（深圳）航天探测与成像工程实验室）
提出一种图像类门控单像素衍射光学神经网络，通过时间复用类特定掩模将空间复杂性转换为时间强度信号，并结合随机相位增强训练策略，实现了对像差和失调的鲁棒性，在5 kHz读出速率下达到90.0%（MNIST）和80.0%（Fashion-MNIST）的准确率。
2026-05-29 physics.optics
