光计算技术基础 [Fundamental of Optical Computing Technology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李修建，贾辉，杨俊波 等 著

图书标签:

• 光计算
• 光学计算
• 光子计算
• 计算光学
• 光信息处理
• 并行计算
• 新型计算
• 光电子学
• 信息技术
• 计算机科学

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118089608

版次：1

商品编码：11374774

包装：精装

外文名称：Fundamental of Optical Computing Technology

开本：16开

出版时间：2013-08-01

用纸：胶版纸

页数：234

正文语种：中文

内容简介

　　光计算技术是一种很有前途的新概念计算技术，部分技术已经在超级并行计算机上得到成功应用。《光计算技术基础》对一些主要的光计算技术和器件的原理、实验技术、最新研究成果和应用进行了描述，内容涵盖了半导体多量子阱光电子器件、VCSEls光源、微光学和衍射光学元件、光学存储、并行光互连、光学缓存等主要的光计算技术和器件，并对未来光计算技术的发展作了展望。
　　《光计算技术基础》可供计算机科学、物理学、材料科学、自动化等学科领域的研究人员和高等院校研究生、本科生进行研究和教学参考。

目录

第1章 光计算技术概述
1.1 计算发展史及发展趋势
1.1.1 原始计算时代
1.1.2 手工计算时代
1.1.3 机械和机电计算时代
1.1.4 电子计算时代
1.1.5 超级并行计算机现状及其发展
1.1.6 未来计算机技术发展展望
1.2 光计算概念及涵义
1.2.1 光学基本数字运算操作
1.2.2 光计算机系统结构基本模型
1.3 光学计算处理基础
1.3.1 全息光栅
1.3.2 光学傅里叶变换
1.3.3 阿贝成像原理与空间滤波
1.3.4 光学相关器
1.3.5 光学数字处理
参考文献

第2章 半导体多量子阱光电子逻辑器件
2.1 半导体多量子阱基本原理
2.1.1 微纳材料与量子局限效应
2.1.2 半导体多量子阱与自电光效应
2.2 自电光效应器件基本原理与特性
2.2.1 如何实现自电光效应
2.2.2 二极管偏置自电光效应器件实现双稳态
2.2.3 对称自电光效应器件
2.2.4 对称自电光效应器件实现逻辑运算
2.3 多量子阱调制器的优化及特性
2.3.1 反射型调制器
2.3.2 非对称F-P反射型调制器
2.3.3 多量子阱调制器性能
2.4 面阵集成自电光效应阵列器件
2.4.1 多量子阱调制器和电子电路的集成-灵巧像素
2.4.2 多量子阱空间光调制器
2.5 总结及展望
参考文献

第3章 光计算中的微型光源
3.1 概述
3.2 侧面发射光电子器件
3.2.1 LED与LD
3.2.2 功能光互连与半导体光源的发展
3.3 LED及LD模式垂直表面发射光源的结构及原理
3.3.1 LED模式垂直表面发射光源结构和功能特点
3.3.2 LD模式垂直表面发射光源初步
3.3.3 垂直表面发射光源的集成
3.4 VCSELs激光器
3.4.1 VCSELs的结构
3.4.2 VCSELs特性
3.4.3 VCSELs的优化设计
3.4.4 VCSELs的进展及趋势
3.5 微型激光器的应用
3.5.1 光学逻辑器件
3.5.2 串行一并行数据转换
3.5.3 并行光数据连接
3.6 总结及展望
参考文献

第4章 微光学与衍射光学元件
4.1 引言
4.2 微光学元件设计
4.2.1 几何光学设计
4.2.2 设计的标量分析
4.2.3 设计的矢量分析
4.3 微光学元件的加工技术
4.3.1 离子交换制备技术
4.3.2 利用相位掩膜的模拟光刻蚀技术
4.3.3 电子東纳米光刻制造技术
4.4 平面微透镜阵列及其应用
4.4.1 膨胀结构的平面微透镜
4.4.2 微透镜阵列应用
4.5 衍射光学元件的理论基础
4.5.1 线性闪耀光栅
4.5.2 衍射透镜
4.5.3 衍射效率
4.6 二元光学元件
4.6.1 二元光学元件的设计
4.6.2 二元光学元件的制作
4.6.3 二元光学元件的应用
4.7 总结及展望
参考文献

第5章 光学存储器件
5.1 概述
5.2 双光子吸收原理及其应用
5.2.1 双光子过程
5.2.2 利用双光子过程进行3D读写
5.3 光折变效应及空间光调制器
5.3.1 光折变效应及光折变晶体
5.3.2 光折变光寻址空间光调制器
5.3.3 光折变空间光调制器的图像操作
5.4 光学全息存储
5.4.1 光学全息存储概述
5.4.2 光学体全息存储
5.5 近场光学存储
5.5.1 超分辨近场结构光存储概述
5.5.2 超分辨存储实现的基本原理
5.5.3 超分辨掩膜的近场光学特性
5.6 光学存储器件展望
参考文献

第6章 并行光互连
6.1 概述
6.2 光交换与光互连网络初步
6.2.1 光交换技术简介
6.2.2 光互连网络技术简介
6.3 全混洗变换的基本理论与分析
6.3.1 PS变换的基本理论
6.3.2 二维全混洗变换的理论
6.3.3 PS及FPS变换的实现方法
6.4 微光学元件实现全混洗变换
6.4.1 微闪耀光栅阵列实现左混洗变换
6.4.2 微闪耀光栅实现RPS和IPS混洗变换
6.4.3 微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换
6.5 采用微光学元件的光互连模块
6.5.1 微光学元件在Omega光互连网络中的应用设计
6.5.2 利用微光学元件设计全交叉光网络模块
6.5.3 利用微光学元件构建二維榕树网络
6.5.4 微闪耀光栅解复用器与分束器设计
6.6 总结及展望
参考文献

第7章 光缓存与全光同步技术前沿
7.1 概述
7.2 基于慢光原理的光学缓存与同步
7.2.1 慢光基本原理
7.2.2 慢光技术介绍
7.3 光缓存与同步技术展望
参考文献

前言/序言

光计算技术基础 本书献给那些对信息处理的未来充满好奇，并渴望探索其深层原理的读者。 随着信息时代的飞速发展，我们对数据处理能力的需求呈现出爆炸式的增长。传统的电子计算方式在处理海量数据、执行复杂并行任务以及应对日益严峻的能耗问题时，正逐渐显露出其固有的瓶颈。在这样的背景下，一种颠覆性的技术——光计算——正以前所未有的速度崛起，它以光子作为信息载体，利用光的独特属性，为解决当前计算难题开辟了崭新的道路。 《光计算技术基础》一书，旨在为读者构建一个全面、深入且易于理解的光计算技术知识体系。本书并非仅仅停留在概念的介绍，而是致力于揭示支撑光计算的物理原理、关键技术以及潜在的应用前景，为有志于投身于这一前沿领域的科研人员、工程师以及对未来计算充满憧憬的学生提供坚实的理论基础和实践指导。 本书核心内容概述： 第一部分：光子的奇妙世界——光计算的物理基石 在本书的开篇，我们将带领读者深入探索光的基本性质，以及这些性质如何被巧妙地转化为计算的载体。 光的本质与传播： 我们将从电磁波理论出发，阐述光的波动性和粒子性，以及光在不同介质中的传播规律，包括折射、衍射和干涉。这些基本光学现象是理解光信号处理的关键。 光的调制与解调： 如何将信息“装载”到光信号上，又如何从中“提取”信息？本书将详细介绍各种光调制技术，如幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）以及偏振调制，并探讨相应的解调技术，为光通信和光计算中的信息编码打下基础。 非线性光学效应： 这是光计算区别于传统光学现象的核心。我们将深入讲解非线性光学效应，如二次谐波产生、三次谐波产生、自聚焦、光克尔效应等。这些效应允许光与光之间发生相互作用，为实现逻辑门、开关等计算基本单元提供了可能性。我们将追溯这些现象的物理机制，并探讨如何利用材料的非线性特性来设计光学器件。 光子的量子特性： 随着量子计算的兴起，理解光子的量子特性也变得至关重要。本书将适时引入量子光学概念，包括光子的叠加态、纠缠态以及光子探测的原理。虽然本书的重点在于经典光计算，但对量子特性的初步了解，将有助于读者洞察未来光计算的发展方向，并理解光子在量子信息处理中的独特优势。 第二部分：构建光之逻辑——光计算的基本原理与器件 在掌握了光的基本属性后，我们将进入本书的核心部分，详细介绍如何利用这些属性构建实现计算功能的物理单元。 光学逻辑门： 任何计算都离不开逻辑门。本书将系统介绍各种光学逻辑门的设计与实现原理，包括AND、OR、NOT、XOR等基本逻辑门。我们将探讨如何利用非线性光学效应、干涉效应或衍射效应来构建这些光学逻辑门，并分析其工作原理和性能指标。 光学开关与存储器： 实现计算不仅需要逻辑门，还需要能够控制光信号流动的开关以及存储信息的光学存储单元。本书将详细介绍光学开关的工作机制，以及光存储器的不同类型，如基于饱和吸收、光致变色材料或相变材料的存储技术。 光学互连： 在复杂的计算系统中，信息的高速、低损耗传输至关重要。本书将重点探讨光学互连技术，包括光波导、光纤以及自由空间光互连。我们将分析不同互连方式的优劣，以及如何设计高效的光学网络来连接计算单元，从而克服电子互连的带宽和功耗瓶颈。 新型光学器件： 为了实现更高效、更紧凑的光计算系统，研究人员不断开发新型光学器件。本书将介绍一些前沿的光学器件，如超材料光学器件、纳米光子器件、光子晶体器件等。我们将阐述这些器件如何通过巧妙的结构设计来操控光场，从而实现传统器件难以达到的功能，并为构建高性能光计算芯片提供可能。 第三部分：光之架构——走向实用的光计算系统 光计算的最终目标是构建出能够替代甚至超越现有电子计算系统的实用化系统。本部分将聚焦于光计算的系统架构和应用前景。 并行处理与光神经网络： 光计算天然适合并行处理，这使其在人工智能和机器学习领域具有巨大的潜力。本书将深入探讨如何构建光学神经网络，利用光子的并行性来加速深度学习的训练和推理过程。我们将介绍基于光学加法器、光学乘法器以及光学激活函数的设计方法，并分析其在图像识别、自然语言处理等任务中的应用。 模拟光计算与数字光计算： 根据信息处理模式的不同，光计算可分为模拟光计算和数字光计算。本书将分别介绍这两种计算范式。模拟光计算利用光的连续性进行模拟信号的处理，在某些特定问题上可能更具优势；而数字光计算则通过离散的光信号来执行逻辑运算，更易于与现有数字计算系统集成。我们将分析两者的异同，并探讨其适用的场景。 全光计算与光电混合计算： 全光计算是指整个计算过程完全在光域中完成，其潜在的速度和能效优势最为显著。而光电混合计算则结合了光信号的传输优势和电子器件的逻辑处理能力，是当前更具现实意义的发展方向。本书将详细讨论这两种架构的实现挑战与机遇，以及它们在不同应用中的前景。 光计算的应用前景： 光计算的应用潜力是巨大的，它有望在诸多领域带来革命性的变革。本书将展望光计算在以下几个关键领域的应用： 人工智能与机器学习： 加速模型训练，实现更高效的推理。 科学计算与模拟： 解决大规模科学问题的计算瓶颈，如气候模拟、流体力学仿真等。 数据中心与通信： 降低能耗，提高带宽，实现更快的互连。 高性能计算： 构建超大规模的计算集群，解决当前计算无法触及的问题。 生物医学： 用于高分辨率成像、药物研发加速等。 安全与加密： 开发基于光学的加密算法和安全通信系统。 学习本书的收获： 阅读《光计算技术基础》后，您将能够： 深刻理解光计算的物理基础， 掌握光与信息交互的基本原理。 熟练掌握构建光学逻辑单元和基本计算器件的方法， 为设计和实现光计算系统奠定基础。 清晰认识到光计算在解决当前计算瓶颈方面的独特优势， 了解其在人工智能、高性能计算等领域的应用潜力。 把握光计算技术发展的最新动态和前沿方向， 为未来的研究和开发指明方向。 具备独立思考和探索光计算未知领域的知识储备， 成为推动这一革命性技术发展的重要力量。 本书的编写力求严谨而清晰，兼顾理论深度与实际应用。我们采用循序渐进的方式，从基础概念出发，逐步深入到复杂的技术细节。丰富的图表和实例将帮助您更好地理解抽象的光学原理。无论您是光电领域的初学者，还是有一定基础的科研人员，本书都将是您探索光计算世界的理想向导。 光计算的时代浪潮已然来临，让我们一同开启这段激动人心的探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对物理学原理在现代科技中应用的爱好者，尤其是那些能够改变我们生活方式的颠覆性技术。这本书的出现，就像是一股清流，让我看到了信息处理领域新的可能性。我对书中关于“光子晶体”和“超材料”在光计算中的应用部分产生了浓厚的兴趣，这听起来就像是利用自然界的奇妙规律来构建强大的计算能力。我一直对光学现象和物质的相互作用着迷，而这本书似乎将这些抽象的物理原理与实际的计算应用巧妙地结合在了一起。我希望书中能够提供一些直观的解释，例如通过图示或者类比，来帮助非专业读者理解这些复杂的光学概念，并说明它们是如何被转化为实际的计算操作的。此外，我对书中提及的“光子集成电路”的潜力也充满了好奇，这是否意味着我们未来能够拥有比现在更小巧、更强大的计算设备呢？

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当吸引人，充满了科技感和未来感。当我拿到它时，首先被它厚实的质感和精美的印刷所折服。我本以为这会是一本晦涩难懂的学术专著，但翻开目录，我发现里面涵盖了从光计算的历史渊源到各种新兴的光计算器件和原理，内容非常丰富。尤其让我好奇的是，书中对“光学神经网络”和“量子光计算”等前沿领域的介绍，这让我联想到科幻电影中那些闪耀着神秘光芒的计算设备，不禁让人心生向往。我一直对未来的信息处理技术充满热情，而光计算无疑是其中最令人兴奋的方向之一。虽然我本人并非直接从事相关领域的研究，但我对物理学和计算机科学都有一定的了解，相信这本书能为我打开一扇了解前沿技术的大门，让我能更深入地理解未来科技的发展趋势。我特别期待书中能够详细阐述不同类型光计算方法的优缺点，以及它们在实际应用中的潜力，这对于我评估这项技术的前景至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我最近在寻找一些关于信息存储技术的深入资料，偶然间看到了这本书的简介。虽然“光计算”这个词听起来有些专业，但它所暗示的“光”的速度和“计算”的效率结合，立即勾起了我的兴趣。我对书中关于“光存储”和“光互连”的章节尤为关注，因为我目前正在研究如何更有效地管理和传输海量数据。如果光计算技术能够在数据存储和传输方面带来革命性的突破，那将对整个信息产业产生深远的影响。我希望这本书能够提供一些具体的案例分析，展示光计算技术是如何克服传统电子计算瓶颈的，例如在数据传输速率、功耗以及散热方面的优势。同时，我也对书中关于“全息存储”的介绍感到好奇，这听起来就像是电影里的情节，但如果能够实现，那将是数据存储领域的一大飞跃。我对这项技术在人工智能、大数据分析等领域的应用前景也充满了期待，希望这本书能为我提供一些启发。

评分☆☆☆☆☆

我对科技的未来充满了探索欲，特别是那些能够重新定义信息处理方式的技术。这本书的标题——“光计算技术基础”——恰好满足了我这种好奇心。我被书中对“光子芯片”和“三维光学存储”的提及所吸引，这听起来就像是构建一个全新的计算世界。我一直对集成电路的发展感到惊叹，而光计算似乎是将集成电路的概念延伸到了光子的层面。我希望这本书能够深入浅出地讲解光子如何被操控以执行计算任务，以及光存储技术如何实现超高密度的数据存储。我对于书中关于“模拟光计算”和“数字光计算”的区分非常感兴趣，想了解它们各自的适用场景和技术挑战。虽然我没有深厚的物理学背景，但我对“速度”、“效率”和“并行性”等概念有深刻的理解，并相信光计算在这方面具有得天独厚的优势。我期待这本书能为我揭示光计算的宏伟蓝图，以及它将如何塑造我们未来的数字生活。

评分☆☆☆☆☆

我一直关注着人工智能的最新发展，并深知计算能力是推动AI进步的关键。当我在书店看到这本书时，“光计算”这个词 immediately 吸引了我，因为它暗示着一种超越现有电子计算瓶颈的全新计算范式。我尤其关注书中关于“光逻辑门”和“光存储器”的章节，它们是构成光计算系统的基本单元。如果光计算能够实现更快的计算速度和更高的能量效率，那么它将极大地加速人工智能模型的训练和推理过程。我希望这本书能够解释光信号如何被用于执行逻辑运算，以及如何通过光学手段实现数据的存储和检索。虽然我不是光学领域的专家，但我对“并行处理”和“高带宽”等概念非常熟悉，并相信光计算在这方面具有巨大的优势。我期待这本书能为我提供一个关于光计算如何为AI的未来提供强大动力的清晰视角，并展示它在更复杂的AI应用中的潜力。