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李修建 著

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齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118089608

商品編碼：29765651489

包裝：精裝

齣版時間：2013-08-01

基本信息

書名：光計算技術基礎

定價：60.00元

作者：李修建

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2013-08-01

ISBN：9787118089608

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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　　《光計算技術基礎》從光計算的物理實現角度進行體係和結構設計，體係上涵蓋瞭光學運算單元、光交換及光互連、光學存儲、光學緩存及同步的硬件構成等較完整的光計算研究領域。本書內容不僅包含瞭傳統的光學元件和係統分析，還包含瞭半導體光電子器件理論及技術，以及已經被證明將是光計算機核心構成的光互連係統和三維光學存儲與調製元件，並加入瞭更具有前沿性的光學緩存及同步器件等新型光信息傳輸與處理技術及器件。本書由李修建、賈輝等編著。

內容提要

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《光計算技術基礎》可供計算機科學、物理學、材料科學、自動化等學科領域的研究人員和高等院校研究生、本科生進行研究和教學參考。本書由李修建、賈輝等編著。

目錄

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章 光計算技術概述
1.1 計算發展史及發展趨勢
1.1.1 原始計算時代
1.1.2 手工計算時代
1.1.3 機械和機電計算時代
1.1.4 電子計算時代
1.1.5 超級並行計算機現狀及其發展
1.1.6 未來計算機技術發展展望
1.2 光計算概念及涵義
1.2.1 光學基本數字運算操作
1.2.2 光計算機係統結構基本模型
1.3 光學計算處理基礎
1.3.1 全息光柵
1.3.2 光學傅裏葉變換
1.3.3 阿貝成像原理與空間濾波
1.3.4 光學相關器
1.3.5 光學數字處理
參考文獻
第2章 半導體多量子阱光電子邏輯器件
2.1 半導體多量子阱基本原理
2.1.1 微納材料與量子局限效應
2.1.2 半導體多量子阱與自電光效應
2.2 自電光效應器件基本原理與特性
2.2.1 如何實現自電光效應
2.2.2 二極管偏置自電光效應器件實現雙穩態
2.2.3 對稱自電光效應器件
2.2.4 對稱自電光效應器件實現邏輯運算
2.3 多量子阱調製器的優化及特性
2.3.1 反射型調製器
2.3.2 非對稱F-P反射型調製器
2.3.3 多量子阱調製器性能
2.4 麵陣集成自電光效應陣列器件
2.4.1 多量子阱調製器和電子電路的集成-靈巧像素
2.4.2 多量子阱空間光調製器
2.5 總結及展望
參考文獻
第3章 光計算中的微型光源
3.1 概述
3.2 側麵發射光電子器件
3.2.1 LED與LD
3.2.2 功能光互連與半導體光源的發展
3.3 LED及LD模式垂直錶麵發射光源的結構及原理
3.3.1 LED模式垂直錶麵發射光源結構和功能特點
3.3.2 LD模式垂直錶麵發射光源初步
3.3.3 垂直錶麵發射光源的集成
3.4 VCSELs激光器
3.4.1 VCSELs的結構
3.4.2 VCSELs特性
3.4.3 VCSELs的優化設計
3.4.4 VCSELs的進展及趨勢
3.5 微型激光器的應用
3.5.1 光學邏輯器件
3.5.2 串行一並行數據轉換
3.5.3 並行光數據連接
3.6 總結及展望
參考文獻
第4章 微光學與衍射光學元件
4.1 引言
4.2 微光學元件設計
4.2.1 幾何光學設計
4.2.2 設計的標量分析
4.2.3 設計的矢量分析
4.3 微光學元件的加工技術
4.3.1 離子交換製備技術
4.3.2 利用相位掩膜的模擬光刻蝕技術
4.3.3 電子東納米光刻製造技術
4.4 平麵微透鏡陣列及其應用
4.4.1 膨脹結構的平麵微透鏡
4.4.2 微透鏡陣列應用
4.5 衍射光學元件的理論基礎
4.5.1 綫性閃耀光柵
4.5.2 衍射透鏡
4.5.3 衍射效率
4.6 二元光學元件
4.6.1 二元光學元件的設計
4.6.2 二元光學元件的製作
4.6.3 二元光學元件的應用
4.7 總結及展望
參考文獻
第5章 光學存儲器件
5.1 概述
5.2 雙光子吸收原理及其應用
5.2.1 雙光子過程
5.2.2 利用雙光子過程進行3D讀寫
5.3 光摺變效應及空間光調製器
5.3.1 光摺變效應及光摺變晶體
5.3.2 光摺變光尋址空間光調製器
5.3.3 光摺變空間光調製器的圖像操作
5.4 光學全息存儲
5.4.1 光學全息存儲概述
5.4.2 光學體全息存儲
5.5 近場光學存儲
5.5.1 超分辨近場結構光存儲概述
5.5.2 超分辨存儲實現的基本原理
5.5.3 超分辨掩膜的近場光學特性
5.6 光學存儲器件展望
參考文獻
第6章 並行光互連
6.1 概述
6.2 光交換與光互連網絡初步
6.2.1 光交換技術簡介
6.2.2 光互連網絡技術簡介
6.3 全混洗變換的基本理論與分析
6.3.1 PS變換的基本理論
6.3.2 二維全混洗變換的理論
6.3.3 PS及FPS變換的實現方法
6.4 微光學元件實現全混洗變換
6.4.1 微閃耀光柵陣列實現左混洗變換
6.4.2 微閃耀光柵實現RPS和IPS混洗變換
6.4.3 微閃耀光柵麵陣實現二維全混洗變換
6.5 采用微光學元件的光互連模塊
6.5.1 微光學元件在Omega光互連網絡中的應用設計
6.5.2 利用微光學元件設計全交叉光網絡模塊
6.5.3 利用微光學元件構建二維榕樹網絡
6.5.4 微閃耀光柵解復用器與分束器設計
6.6 總結及展望
參考文獻
第7章 光緩存與全光同步技術前沿
7.1 概述
7.2 基於慢光原理的光學緩存與同步
7.2.1 慢光基本原理
7.2.2 慢光技術介紹
7.3 光緩存與同步技術展望
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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光計算技術基礎 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的光計算技術基礎知識體係。本書結構清晰，由淺入深，力求在理論嚴謹性的基礎上，兼顧前沿技術的介紹與實際應用的探討，是光學、電子信息、計算機科學及相關領域研究者、工程師、學生以及對光計算感興趣的讀者必備的參考書。 第一章 光學基礎迴顧與光計算的動機 本章首先對與光計算密切相關的經典光學知識進行係統迴顧，包括光的波動性與粒子性、光的乾涉、衍射、偏振等基本光學現象，以及激光器的基本原理、光學元件（如透鏡、棱鏡、光柵、光波導等）的功能與特性。在此基礎上，我們將深入探討傳統電子計算的局限性，例如摩爾定律的瓶頸、功耗問題、電子信號傳輸的延遲與乾擾等，並由此引齣發展以光子作為信息載體和傳輸介質的光計算技術的必要性和巨大潛力。本章將著重闡述光計算在信息處理速度、帶寬、功耗效率以及抗電磁乾擾等方麵的潛在優勢，為後續章節的學習奠定堅實的基礎。 第二章 光信息編碼與基本邏輯門 本章將聚焦於如何將數字信息有效地編碼到光信號中，這是光計算得以實現的關鍵一步。我們將介紹多種光信息編碼方案，如強度編碼、相位編碼、偏振編碼等，並分析它們的優缺點及其適用場景。隨後，我們將詳細闡述如何利用光學元件和原理構建基本的光邏輯門，包括光ON門、光AND門、光OR門、光NOT門等。本章將深入講解不同類型的光邏輯門實現機製，例如基於非綫性光學效應、乾涉儀、衍射等原理的光邏輯門。通過對基本光邏輯門原理的理解，讀者將為構建更復雜的光計算單元奠定基礎。 第三章 光存儲與光隨機存儲器（Optical RAM） 信息存儲是計算過程中不可或缺的一環。本章將探討光存儲技術在光計算中的應用，重點介紹不同類型光存儲介質的原理、特性和發展現狀，如全息存儲、相變存儲等。在此基礎上，我們將深入研究光隨機存儲器（Optical RAM）的設計與實現。我們將詳細分析構建光RAM所需的關鍵技術，包括光讀寫機製、存儲單元結構、數據尋址方法以及數據保持與刷新技術。本章將對比分析傳統電子RAM與光RAM在讀寫速度、存儲密度、功耗等方麵的差異，並探討光RAM在加速光計算進程中的作用。 第四章 光計算架構與並行處理 本章將從係統層麵探討光計算的架構設計。我們將介紹多種經典和新興的光計算架構，包括基於全息存儲的相乾光計算機、基於光波導網絡的集成光子芯片架構、以及混閤光電計算架構等。我們將重點分析這些架構在並行處理方麵的優勢，例如大規模並行計算、空間光調製器（SLM）在並行數據輸入中的應用，以及衍射光學元件在並行運算中的作用。本章還將討論如何設計高效的光計算算法，以充分發揮光並行處理能力的優勢，從而實現比傳統電子計算更快的運算速度。 第五章 非綫性光學效應在光計算中的應用 非綫性光學效應是實現光邏輯功能和信息處理的關鍵。本章將係統介紹幾種重要的非綫性光學效應，如二次諧波産生（SHG）、三次諧波産生（THG）、自聚焦、光剋爾效應、電光效應、磁光效應等，並詳細闡述它們在光計算中的具體應用。例如，我們將探討如何利用光剋爾效應實現光開關和光邏輯門，如何利用電光效應實現快速調製，以及如何利用非綫性耦閤效應實現復雜的光信號處理。本章將強調理解和利用非綫性光學效應對於突破傳統電子器件性能限製，實現高性能光計算的重要性。 第六章 集成光子芯片與光互連技術 集成光子芯片是實現大規模、高性能光計算硬件的關鍵。本章將詳細介紹矽光子、氮化矽光子、鈮酸鋰光子等主流集成光子技術平颱，包括其材料特性、製造工藝以及關鍵器件（如光波導、光調製器、光探測器、光分束器、耦閤器等）的設計與集成。我們將重點分析光互連技術在芯片內部和芯片之間信息傳輸中的作用，探討如何利用光波導和光耦閤技術實現高密度、低損耗、高帶寬的光信號傳輸，從而解決電子互連的瓶頸問題。本章還將討論光子集成芯片在構建小型化、低功耗、高集成度的光計算係統的潛力。 第七章 光計算的前沿技術與發展趨勢 本章將聚焦於光計算領域最前沿的研究方嚮和發展趨勢。我們將深入探討基於量子光學原理的光計算，包括光量子計算的基本概念、量子比特的編碼與操縱、量子邏輯門以及量子算法的進展。我們將分析光計算在人工智能、機器學習、大數據處理等領域的潛在應用，例如利用光子網絡加速深度學習模型的訓練，以及基於光子係統實現更高效的模式識彆和圖像處理。此外，本章還將討論光計算的未來發展方嚮，如類腦光計算、全光神經網絡、以及與生物技術的結閤等，為讀者展望光計算的未來圖景。 第八章 光計算的應用實例與挑戰 本章將通過具體的應用案例，展示光計算技術的實際價值和巨大潛力。我們將介紹光計算在通信網絡優化、信號處理、高性能計算、科學計算、以及生物醫學成像等領域的成功應用。例如，我們將分析光計算在加速數據中心內部通信、優化無綫通信信號、以及處理海量科學仿真數據方麵的優勢。同時，本章也將客觀分析光計算在發展過程中麵臨的挑戰，包括器件的可靠性與穩定性、與現有電子係統的兼容性、規模化生産成本、以及算法的優化與開發等。通過對應用實例和挑戰的探討，讀者將對光計算技術的成熟度、發展前景以及需要剋服的障礙有更清晰的認識。 附錄 A：光計算常用數學工具 本附錄將梳理並介紹光計算領域常用的數學工具，包括綫性代數、傅裏葉光學、復變函數、概率論與數理統計等，為讀者理解和推導相關光學原理和計算模型提供必要的數學支持。 附錄 B：光計算常用術語錶 本附錄將提供一份詳盡的光計算常用術語錶，對書中齣現的專業詞匯進行解釋，幫助讀者更好地理解和掌握書中的內容。 本書力求以嚴謹的學術態度，結閤豐富的實例，為讀者提供一個係統、全麵、深入的光計算技術知識框架。通過學習本書，讀者將能夠理解光計算的基本原理，掌握關鍵技術，並對光計算的未來發展及其在各個領域的應用前景有深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

作者的文字風格非常具有個人特色，夾雜著一種嚴謹的學術幽默感，使得原本可能枯燥的技術闡述變得生動有趣起來。比如在解釋某個非綫性光學效應時，他用瞭個非常貼切的比喻，瞬間將抽象的物理現象具象化瞭。在行文組織上，邏輯跳躍性控製得極好，即便是跨章節閱讀，也能很快找到上下文的關聯點。對於一些關鍵術語的定義，書中總是會用不同的角度進行反復強調和確認，確保讀者不會因為一時的疏忽而迷失方嚮。這種亦師亦友的敘述口吻，拉近瞭讀者與作者之間的距離，讓人感覺像是在聽一位經驗豐富的專傢進行一對一的深度輔導，而不是麵對一本冷冰冰的參考書。

評分☆☆☆☆☆

這本書在案例分析和實際應用的介紹上，簡直是教科書級彆的典範。它並非空談理論，而是緊密圍繞當前工業界和科研領域的熱點，例如高速數據傳輸、新型存儲介質的架構探索，以及某些前沿傳感器的設計思路。書中詳盡地剖析瞭幾個標誌性的實驗設置，不僅僅是展示瞭最終結果，更令人稱道的是對實驗誤差、係統優化瓶頸的坦誠討論。這種“展示成功，也揭示挑戰”的寫作風格，極大地增強瞭內容的實用價值。我特彆喜歡其中關於特定調製技術效率對比的那幾頁，圖錶製作精良，數據直觀，能夠立刻幫助讀者判斷不同方案的取捨依據，這比單純背誦性能參數要有效率得多。

評分☆☆☆☆☆

我不得不提一下書中對理論背景的鋪陳，它沒有急於拋齣那些令人望而生畏的高深概念，而是采取瞭一種極為漸進式的引入方式。初學者可能會感到有些訝異，因為它似乎花瞭不少篇幅在迴顧經典光學原理和信息論的基礎知識，但隨著閱讀深入，我纔恍然大悟，正是這些看似“基礎”的鋪墊，構建瞭一個堅不可摧的知識地基。作者巧妙地將這些傳統領域的知識與現代的計算需求進行瞭無縫對接，每一個公式的推導都伴隨著清晰的物理意義闡釋，絕非簡單地羅列數學錶達式。這種“追根溯源”的敘事手法，極大地降低瞭跨學科知識的吸收門檻，讓那些習慣瞭純電子工程思維的讀者也能輕鬆跟上光子學視角下的邏輯演進，確保瞭理解的深度而非僅僅停留在錶麵概念的記憶。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的價值，我覺得體現在其對未來技術趨勢的深刻洞察力上。它在收尾部分或是在某些章節的展望部分，並沒有僅僅停留在對當前主流技術的復述，而是大膽地提齣瞭幾條極具啓發性的研究方嚮和潛在的範式轉移。這些展望部分，雖然目前可能尚未完全實現商業化或在實驗室階段，但它們為有誌於從事該領域深入研究的年輕學者提供瞭絕佳的“選題庫”和思考的起點。這些前瞻性的內容，超越瞭一本閤格教材的範疇，更像是一份為未來十年指路的“航海圖”。它促使讀者不僅僅滿足於掌握已知，更要思考如何去創造未知，這份對創新的驅動力，是任何一本隻記錄現有知識的書籍所無法比擬的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是充滿瞭匠心，厚實的封麵泛著低調的啞光質感，拿在手裏沉甸甸的，讓人立刻感受到其中蘊含的知識分量。內頁的紙張選擇也非常考究，觸感溫潤，印刷清晰銳利，即便是大段的公式推導和復雜的圖錶，也毫無模糊不清之感。我尤其欣賞它在排版上的用心，留白恰到好處，使得閱讀體驗極為舒適，長時間沉浸其中也不會感到視覺疲勞。書脊的鎖綫工藝一看就是精心製作，預示著它能經受住反復翻閱的考驗，不是那種讀一兩次就束之高閣的“快消品”。從第一頁翻開，就能感受到作者和齣版團隊對細節的極緻追求，這對於一本涉及前沿技術領域的專業書籍來說，是極其重要的加分項，它傳遞齣一種尊重讀者的專業態度，讓人對接下來要深入的內容充滿瞭期待和信心。