Varje region vid ingångsskiktet är tilldelad en specifik logisk operator eller ett logiskt ingångstillstånd, och den har två olika tillstånd för ljustransmittans. Det är, ingångsskiktet kan rumsligt koda ingångsplanvågen för en specifik optisk logikoperation, helt enkelt genom att ställa in överföringstillståndet för varje region. De dolda lagren, består av metasytor, är utformade för att avkoda det kodade ingångsljuset och generera ett optiskt logiskt utgångstillstånd. Med andra ord, metaytan sprider det kodade ljuset i riktning mot en av de två små utpekade regionerna vid utgångsskiktet Kredit:av Chao Qian, Xiao Lin, Xiaobin Lin, Jian Xu, Yang Sun, Erping Li, Baile Zhang, och Hongsheng Chen
Optiska logiska operationer har väckt stort intresse under det senaste decenniet eftersom de kan möjliggöra många applikationer, särskilt de som involverar databearbetning med hög genomströmning och on-the-fly, såsom säker trådlös kommunikation och autonom körning. Dock, de rapporterade optiska logikgrindarna är starkt beroende av den exakta kontrollen av ingångsljus/pumpljus, inklusive fasen, polarisering, och amplitud. På grund av komplexiteten och svårigheten i dessa exakta kontroller, de två utgångstillstånden kan lida av en inneboende instabilitet och ett lågt kontrastförhållande av intensitet. Dessutom, miniatyriseringen av optiska logiska grindar blir svår om den extra skrymmande apparaten för dessa kontroller beaktas. Som sådan, det är önskvärt, om än utmanande, för att bli av med dessa komplicerade kontroller och för att uppnå full logisk funktionalitet i ett kompakt fotoniskt system.
I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och applikationer , forskare från Interdisciplinary Center for Quantum Information, Zhejiang University, Kina, och kollegor introducerade en enkel men universell designstrategi, nämligen diffraktiva neurala nätverk, att förverkliga alla sju grundläggande optiska logiska operationer inom samma kompakta system, helt enkelt att använda en plan våg som insignal. Det diffraktiva neurala nätverket implementeras av en sammansatt Huygens metayta, och det kan delvis efterlikna funktionaliteten hos ett artificiellt neuralt nätverk. Efter träning, den sammansatta metaytan kan riktat sprida eller fokusera det inkodade ljuset till en av de två angivna små områdena/punkterna, varav en representerar logiskt tillstånd '1' och det andra '0'. Som en konceptuell demonstration, tre grundläggande logiska grindar, dvs. INTE, ELLER, och och, verifieras experimentellt med användning av en tvåskiktad högeffektiv dielektrisk metasyta vid mikrovågsvåglängd.
Jämfört med tidigare verk, denna designstrategi har två distinkta fördelar. Först, realiseringen av optiska logiska operationer här blir av med den komplicerade och exakta kontrollen av funktionerna i ingångsljus; ett sådant upplägg skiljer sig således totalt från tidigare verk. Dessutom, utformningen av inmatningsskiktet är mycket allmän och kraftfull, och den kan flexibelt modifieras till andra användargynnade och programmerbara former. Andra, den föreslagna strategin kan möjliggöra fullständiga logiska funktioner i ett enda optiskt nätverk, om överföringstillståndet för ingångsskiktet helt enkelt är inställbart, t.ex., elektriskt avstämbar om den optiska masken är konstruerad av en rumslig ljusmodulator. Därför, den avslöjade universella designstrategin har potential att underlätta en enda miniatyriserad programmerbar fotonisk processor för godtyckliga logiska operationer.
Forskarna tror att de fullfjädrade optiska logiska grindarna möjliggör ett stort steg för ytterligare miniatyriserad, hög datatäthet och ultrasnabba datorelement, utlovat av nanofotoniska kretsar och metastrukturer. Bortom det, den föreslagna metoden kommer också att leda till ett brett tillämpningsområde, såsom objektigenkänning i realtid i övervakningssystem, och intelligent vågformning inuti biologiska vävnader i mikroskopavbildning.
