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李修建 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118089608

商品编码：29765651489

包装：精装

出版时间：2013-08-01

基本信息

书名：光计算技术基础

定价：60.00元

作者：李修建

出版社：国防工业出版社

出版日期：2013-08-01

ISBN：9787118089608

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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　　《光计算技术基础》从光计算的物理实现角度进行体系和结构设计，体系上涵盖了光学运算单元、光交换及光互连、光学存储、光学缓存及同步的硬件构成等较完整的光计算研究领域。本书内容不仅包含了传统的光学元件和系统分析，还包含了半导体光电子器件理论及技术，以及已经被证明将是光计算机核心构成的光互连系统和三维光学存储与调制元件，并加入了更具有前沿性的光学缓存及同步器件等新型光信息传输与处理技术及器件。本书由李修建、贾辉等编著。

内容提要

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《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。本书由李修建、贾辉等编著。

目录

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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

作者介绍

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文摘

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序言

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光计算技术基础 内容简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的光计算技术基础知识体系。本书结构清晰，由浅入深，力求在理论严谨性的基础上，兼顾前沿技术的介绍与实际应用的探讨，是光学、电子信息、计算机科学及相关领域研究者、工程师、学生以及对光计算感兴趣的读者必备的参考书。 第一章 光学基础回顾与光计算的动机 本章首先对与光计算密切相关的经典光学知识进行系统回顾，包括光的波动性与粒子性、光的干涉、衍射、偏振等基本光学现象，以及激光器的基本原理、光学元件（如透镜、棱镜、光栅、光波导等）的功能与特性。在此基础上，我们将深入探讨传统电子计算的局限性，例如摩尔定律的瓶颈、功耗问题、电子信号传输的延迟与干扰等，并由此引出发展以光子作为信息载体和传输介质的光计算技术的必要性和巨大潜力。本章将着重阐述光计算在信息处理速度、带宽、功耗效率以及抗电磁干扰等方面的潜在优势，为后续章节的学习奠定坚实的基础。 第二章 光信息编码与基本逻辑门 本章将聚焦于如何将数字信息有效地编码到光信号中，这是光计算得以实现的关键一步。我们将介绍多种光信息编码方案，如强度编码、相位编码、偏振编码等，并分析它们的优缺点及其适用场景。随后，我们将详细阐述如何利用光学元件和原理构建基本的光逻辑门，包括光ON门、光AND门、光OR门、光NOT门等。本章将深入讲解不同类型的光逻辑门实现机制，例如基于非线性光学效应、干涉仪、衍射等原理的光逻辑门。通过对基本光逻辑门原理的理解，读者将为构建更复杂的光计算单元奠定基础。 第三章 光存储与光随机存储器（Optical RAM） 信息存储是计算过程中不可或缺的一环。本章将探讨光存储技术在光计算中的应用，重点介绍不同类型光存储介质的原理、特性和发展现状，如全息存储、相变存储等。在此基础上，我们将深入研究光随机存储器（Optical RAM）的设计与实现。我们将详细分析构建光RAM所需的关键技术，包括光读写机制、存储单元结构、数据寻址方法以及数据保持与刷新技术。本章将对比分析传统电子RAM与光RAM在读写速度、存储密度、功耗等方面的差异，并探讨光RAM在加速光计算进程中的作用。 第四章 光计算架构与并行处理 本章将从系统层面探讨光计算的架构设计。我们将介绍多种经典和新兴的光计算架构，包括基于全息存储的相干光计算机、基于光波导网络的集成光子芯片架构、以及混合光电计算架构等。我们将重点分析这些架构在并行处理方面的优势，例如大规模并行计算、空间光调制器（SLM）在并行数据输入中的应用，以及衍射光学元件在并行运算中的作用。本章还将讨论如何设计高效的光计算算法，以充分发挥光并行处理能力的优势，从而实现比传统电子计算更快的运算速度。 第五章 非线性光学效应在光计算中的应用 非线性光学效应是实现光逻辑功能和信息处理的关键。本章将系统介绍几种重要的非线性光学效应，如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）、自聚焦、光克尔效应、电光效应、磁光效应等，并详细阐述它们在光计算中的具体应用。例如，我们将探讨如何利用光克尔效应实现光开关和光逻辑门，如何利用电光效应实现快速调制，以及如何利用非线性耦合效应实现复杂的光信号处理。本章将强调理解和利用非线性光学效应对于突破传统电子器件性能限制，实现高性能光计算的重要性。 第六章 集成光子芯片与光互连技术 集成光子芯片是实现大规模、高性能光计算硬件的关键。本章将详细介绍硅光子、氮化硅光子、铌酸锂光子等主流集成光子技术平台，包括其材料特性、制造工艺以及关键器件（如光波导、光调制器、光探测器、光分束器、耦合器等）的设计与集成。我们将重点分析光互连技术在芯片内部和芯片之间信息传输中的作用，探讨如何利用光波导和光耦合技术实现高密度、低损耗、高带宽的光信号传输，从而解决电子互连的瓶颈问题。本章还将讨论光子集成芯片在构建小型化、低功耗、高集成度的光计算系统的潜力。 第七章 光计算的前沿技术与发展趋势 本章将聚焦于光计算领域最前沿的研究方向和发展趋势。我们将深入探讨基于量子光学原理的光计算，包括光量子计算的基本概念、量子比特的编码与操纵、量子逻辑门以及量子算法的进展。我们将分析光计算在人工智能、机器学习、大数据处理等领域的潜在应用，例如利用光子网络加速深度学习模型的训练，以及基于光子系统实现更高效的模式识别和图像处理。此外，本章还将讨论光计算的未来发展方向，如类脑光计算、全光神经网络、以及与生物技术的结合等，为读者展望光计算的未来图景。 第八章 光计算的应用实例与挑战 本章将通过具体的应用案例，展示光计算技术的实际价值和巨大潜力。我们将介绍光计算在通信网络优化、信号处理、高性能计算、科学计算、以及生物医学成像等领域的成功应用。例如，我们将分析光计算在加速数据中心内部通信、优化无线通信信号、以及处理海量科学仿真数据方面的优势。同时，本章也将客观分析光计算在发展过程中面临的挑战，包括器件的可靠性与稳定性、与现有电子系统的兼容性、规模化生产成本、以及算法的优化与开发等。通过对应用实例和挑战的探讨，读者将对光计算技术的成熟度、发展前景以及需要克服的障碍有更清晰的认识。 附录 A：光计算常用数学工具 本附录将梳理并介绍光计算领域常用的数学工具，包括线性代数、傅里叶光学、复变函数、概率论与数理统计等，为读者理解和推导相关光学原理和计算模型提供必要的数学支持。 附录 B：光计算常用术语表 本附录将提供一份详尽的光计算常用术语表，对书中出现的专业词汇进行解释，帮助读者更好地理解和掌握书中的内容。 本书力求以严谨的学术态度，结合丰富的实例，为读者提供一个系统、全面、深入的光计算技术知识框架。通过学习本书，读者将能够理解光计算的基本原理，掌握关键技术，并对光计算的未来发展及其在各个领域的应用前景有深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书在案例分析和实际应用的介绍上，简直是教科书级别的典范。它并非空谈理论，而是紧密围绕当前工业界和科研领域的热点，例如高速数据传输、新型存储介质的架构探索，以及某些前沿传感器的设计思路。书中详尽地剖析了几个标志性的实验设置，不仅仅是展示了最终结果，更令人称道的是对实验误差、系统优化瓶颈的坦诚讨论。这种“展示成功，也揭示挑战”的写作风格，极大地增强了内容的实用价值。我特别喜欢其中关于特定调制技术效率对比的那几页，图表制作精良，数据直观，能够立刻帮助读者判断不同方案的取舍依据，这比单纯背诵性能参数要有效率得多。

评分☆☆☆☆☆

我不得不提一下书中对理论背景的铺陈，它没有急于抛出那些令人望而生畏的高深概念，而是采取了一种极为渐进式的引入方式。初学者可能会感到有些讶异，因为它似乎花了不少篇幅在回顾经典光学原理和信息论的基础知识，但随着阅读深入，我才恍然大悟，正是这些看似“基础”的铺垫，构建了一个坚不可摧的知识地基。作者巧妙地将这些传统领域的知识与现代的计算需求进行了无缝对接，每一个公式的推导都伴随着清晰的物理意义阐释，绝非简单地罗列数学表达式。这种“追根溯源”的叙事手法，极大地降低了跨学科知识的吸收门槛，让那些习惯了纯电子工程思维的读者也能轻松跟上光子学视角下的逻辑演进，确保了理解的深度而非仅仅停留在表面概念的记忆。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是充满了匠心，厚实的封面泛着低调的哑光质感，拿在手里沉甸甸的，让人立刻感受到其中蕴含的知识分量。内页的纸张选择也非常考究，触感温润，印刷清晰锐利，即便是大段的公式推导和复杂的图表，也毫无模糊不清之感。我尤其欣赏它在排版上的用心，留白恰到好处，使得阅读体验极为舒适，长时间沉浸其中也不会感到视觉疲劳。书脊的锁线工艺一看就是精心制作，预示着它能经受住反复翻阅的考验，不是那种读一两次就束之高阁的“快消品”。从第一页翻开，就能感受到作者和出版团队对细节的极致追求，这对于一本涉及前沿技术领域的专业书籍来说，是极其重要的加分项，它传递出一种尊重读者的专业态度，让人对接下来要深入的内容充满了期待和信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的价值，我觉得体现在其对未来技术趋势的深刻洞察力上。它在收尾部分或是在某些章节的展望部分，并没有仅仅停留在对当前主流技术的复述，而是大胆地提出了几条极具启发性的研究方向和潜在的范式转移。这些展望部分，虽然目前可能尚未完全实现商业化或在实验室阶段，但它们为有志于从事该领域深入研究的年轻学者提供了绝佳的“选题库”和思考的起点。这些前瞻性的内容，超越了一本合格教材的范畴，更像是一份为未来十年指路的“航海图”。它促使读者不仅仅满足于掌握已知，更要思考如何去创造未知，这份对创新的驱动力，是任何一本只记录现有知识的书籍所无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

作者的文字风格非常具有个人特色，夹杂着一种严谨的学术幽默感，使得原本可能枯燥的技术阐述变得生动有趣起来。比如在解释某个非线性光学效应时，他用了个非常贴切的比喻，瞬间将抽象的物理现象具象化了。在行文组织上，逻辑跳跃性控制得极好，即便是跨章节阅读，也能很快找到上下文的关联点。对于一些关键术语的定义，书中总是会用不同的角度进行反复强调和确认，确保读者不会因为一时的疏忽而迷失方向。这种亦师亦友的叙述口吻，拉近了读者与作者之间的距离，让人感觉像是在听一位经验丰富的专家进行一对一的深度辅导，而不是面对一本冷冰冰的参考书。