第212期 2024年11月刊
 
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发行人:吴育任所长  编辑委员:曾雪峰教授  主编:林筱文  发行日期:2024.11.30
 
 

本所林清富教授研究团队参加「第十二届亚澳真空与表面科学国际会议(The 12th Vacuum and Surface Sciences Conference of Asia and Australia; VASSCAA-12)」荣获墙报佳作奖(Poster Competition Sessions Honorable Mention Award),特此恭贺!

本所孙启光教授荣获「第三十一届东元奖(电机/信息/通讯领域)」,特此恭贺!

本所林恭如教授荣膺「国科会2024年度杰出特约研究员」,特此恭贺!

本所吴育任教授、姚力琪小姐、简璟小姐代表本所参加电资学院队,荣获本校2024学年度(75届)全校运动会教职员工组1200公尺男女混合接力赛第二名,特此恭贺!

 

本所12月份演讲公告:

 

日期 讲者 讲题 地点 时间
12/6 董容辰教授
国立台北科技大学光电工程系
待订 博理馆
101演讲厅
14:20~16:00
 
 
 
11月份「光电所专题演讲」(整理:简璟)
时间: 2024年11月8日(星期五)下午2时20分
讲者: 傅建中教授(国立清华大学微机电系统研究所)
讲题: 双光子微影技术应用于硅光与生医领域之潜力

 

傅建中教授(右)与本所李翔杰教授(左)合影

 
 
 

Augmented Reality Display by Metalenses and Micro-LEDs

Professor Guo-Dung Su

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 苏国栋教授

Augmented reality (AR), a technology that superimposes virtual information onto a user’s direct view of real-world scenes, is considered one of the next-generation display technologies and has been attracting considerable attention. Here, we present a flat optic AR system that synergistically integrates a polarization-independent metalens with micro lightemitting diodes (LEDs). A key component is a meticulously designed metalens with a numerical aperture of 0.25, providing a simulated focusing efficiency of approximately 76.5% at a wavelength of 532 nm. Furthermore, the laser measurement system substantiates that the fabricated metalens achieves a focusing efficiency of 70.8%. By exploiting the reversibility of light characteristics, the metalens transforms the divergent light from green micro-LEDs into a collimated beam that passes through the pupil and images on the retina. Monochromatic pixels with a size of 5×5 μm2 and a pitch of 10 μm can be distinctly resolved with a power efficiency of 50%. This work illustrates the feasibility of integrating the metalens with microdisplays, realizing a high-efficiency AR device without the need for additional optical components and showcasing great potential for the development of near-eye display applications. The experimental demonstration of the AR device is shown in the figure below.

 

Figure (a) Experimental setup for the AR system. (b) The detailed cross-sectional schematic illustration of the components in this system. (c) Augmented image captured by the camera.

 
 
 

— 资料提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、郭权锋 —

低同调光增强光子计算

同调光对于光子计算的应用相当广泛,例如光达(Laser Imaging Detection And Ranging , LIDAR)、长距离光通信和光学同调断层扫描(Optical Coherence Tomography, OCT)。同调光还可用于光子计算,因为其相位一致性确保了稳定和可预测的计算结果。然而,这需要透过整合型热相移器(thermal phase shifters)精确控制光的相位,这不仅增加了功耗,还需满足对温度和频率的稳定性需求。

藉由掺铒光纤放大器(Erbium-doped fiber amplifier, EDFA)的滤波产生低同调光,均匀分配至N个输入信道,每个信道的振幅进行调变以形成N个输入向量单元(如图一)。该输入向量接着被传送至具有加权单元的芯片以执行矩阵计算。相比之下,同调系统需要波长多任务技术,要求N个独立的光学频段来实现同样的N个向量单元,并避免不必要的干扰。因此,非同调方法能够提高平行化程度,因为在单一频段内可以同时执行比同调系统多N倍的运算。

 

图一、部分同调增强平行光子计算的概念。(a) 当使用同调光、非同调光或部分同调光源时,在单一计算单位单元格的乘法与加法操作中,随着相位差 ∆φ 增加而产生的强度变动,Gauss(ω|ω0,∆φ) 表示以平均值ω0和标准差∆ω的高斯分布。(b) 使用部分同调光进行平行光子计算的工作原理。(c) N倍的平行化增强,N为输入向量的维度。

芯片上的加权组件可以是任何能进行振幅调变的光子组件。作者在两种情境下展示了该方法的应用。在第一个示例中,他们使用一个含有相变材料(phase-change materials, Ge2Sb2Te5和氧化铟锡堆栈)的整合电路,实现具备3 x 3张量核心的平行卷积处理。此架构能以92%的准确度对帕金森氏症患者的步态(gait)进行分类。在第二个示例中,作者实现了一个由比利时校际微电子研究中心(Inter-university Microelectronic Centre, IMEC)制作的硅基平台卷积处理器,并整合光检测器。该处理器的运算速度最高可达每秒0.108兆次运算(TOPS),并以92.4%的准确度分类数据集(Modified National Institute of Standards and Technology database, MINST)(如图二)。

 

图二、MNIST手写数字数据集的高速卷积处理。(a) 9×3光子电致光吸收调变器 (Electro-absorption modulator, EAM) 张量核心的照片。输入光源为8.0 nm带宽的部分同调光。尺度为100 µm。(b) 连接的光子EAM张量核心的模块照片,蓝色框表示(a)中所示区域。(c) 使用Sobel Gx和Sobel Gy 滤波器进行数字“0”的边缘检测。(d)(e) 使用部分同调系统进行卷积的准确性,分别为不进行平均处理(d)和四点平均处理(e)。在(d)和(e)中共比较了100,000组预期和测量结果。插图显示了归一化误差的高斯分布。(f) CNN架构。(g) CNN分类结果的比较。

此策略透过减少系统需求(通常包括昂贵的高性能激光),有望实现更经济且节能的光子计算。透过提供这些替代方案,该方案可降低光子计算架构发展时的经费支出和能耗需求。

 

参考资料:

Pitruzzello, G. "Low-coherence light enhances photonic computing," Nat Photon 18, 1009 (2024)
https://doi.org/10.1038/s41566-024-01536-6
DOI:10.1038/s41566-024-01536-6

参考文献:

Dong, B., Brückerhoff-Plückelmann, F., Meyer, L. et al. "Partial coherence enhances parallelized photonic computing," Nature 632, 55-62 (2024)
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07590-y
DOI:10.1038/s41586-024-07590-y

 
 
 
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