【光学前沿资讯】卷积光学神经网络：开启人工智能成像新纪元
近年来，人工智能技术的快速发展极大地推动了社会进步，特别是在产业变革方面发挥了重要作用。卷积神经网络（CNN）因其卓越的图像识别能力，在人工智能技术领域，尤其是在ChatGPT中，表现尤为突出。最近，一项创新性的科研成果将卷积神经网络的概念引入光学领域，为人工智能成像技术带来了革命性的进展。
上海理工大学智能科技学院的张启明教授和智能科技学院、张江实验室光计算所的顾敏院士领导的研究团队，成功开发了一种超快速的卷积光学神经网络（ONN）。该技术在不依赖光学记忆效应的情况下，实现了对散射介质后物体的清晰成像，这一成果不仅颠覆了传统光学成像技术，也深刻展示了卷积网络在人工智能中的应用潜力。该研究成果于6月14日以“基于超快卷积光学神经网络的非记忆效应散射成像”为题发表于《科学》子刊《科学进展》上，张雨超特聘研究员为第一作者，顾敏院士和张启明教授为共同通讯作者。
卷积神经网络，作为一种广泛应用的人工智能神经网络架构，其灵感来源于生物的视觉皮层系统。卷积操作作为其核心，通过提取图像的局部特征并逐层构建更为复杂和抽象的特征表示，极大地推动了图像处理和模式识别领域的发展。然而，将这一概念应用于光学领域，面临着将电子信号转换为光学信号的挑战。研究团队设计了一种全光学的解决方案，通过在光域中直接进行卷积网络操作，省去了繁琐的信号转换过程，实现了真正的光速计算。
这项技术的核心在于构建了一个多阶段的卷积网络，由多个并行核心组成，能够以光速进行操作，直接从散射光中提取特征，实现图像的快速重建。这一过程不仅极大地提高了成像速度，还显著增强了成像质量，使得在复杂散射环境中的成像成为可能。同时，卷积光学神经网络的计算速度达到了每秒1570万亿次操作，为实时动态成像提供了强大的支持。
此外，该技术还展示了其多任务处理能力。通过简单地调整网络结构，同一卷积光学神经网络能够同时执行多种不同的图像处理任务，这在光学人工智能领域尚属首次。张启明教授表示：“这种灵活性和效率的结合，不仅展示了卷积网络在人工智能中的重要性，也为光学成像技术开辟了新的道路。”
顾敏院士指出：“随着技术的不断发展和完善，我们有理由相信，卷积光学神经网络将在自动驾驶、机器人视觉、医学成像等多个领域将发挥更加重要的作用，为人类的生活带来更多便利，为科学研究提供更强大的工具。这是卷积网络的力量，也是人工智能的魅力。”
-
麻省理工学院突破光学原子钟小型化瓶颈：集成螺旋腔激光器实现芯片级原子询问
美国麻省理工学院林肯实验室WilliamLoh与RobertMcConnell团队在《NaturePhotonics》（2025年19卷3期）发表重大研究成果，成功实现基于集成超高品质因子螺旋腔激光器的光学原子钟原子询问，为光学原子钟走出实验室、实现真正便携化铺平了道路。这一突破标志着光学原子钟向全集成、可大规模制造的先进时钟系统迈出关键一步，有望彻底改变导航、大地测量和基础物理研究等领域的时间测量技术格局。
2026-04-08
-
手机长焦增距镜无焦光学系统MTF测试的空间频率换算研究
在手机成像技术向高倍长焦方向快速发展的背景下，手机长焦增距镜作为提升手机长焦拍摄能力的核心无焦光学器件，其成像质量的精准评价成为光学检测领域的重要课题。光学传递函数（MTF）是衡量光学系统成像质量的核心指标，而手机长焦增距镜属于望远镜类无焦光学系统，其MTF测试采用的角频率单位与常规无限-有限共轭光学系统的线频率单位存在本质差异。为实现两类单位的精准转换、保证MTF测试结果的有效性与实际应用价值，本文从无焦光学系统特性与测量工具出发，明确空间频率不同单位的核心属性，结合实际案例完成换算推导，梳理换算关键要点，为手机长焦增距镜的MTF检测及光学性能评价提供严谨的技术参考。
2026-04-08
-
非线性光学晶体：现代激光技术的核心功能材料
非线性光学晶体作为实现激光频率转换、光束调控及光场非线性效应的关键功能材料，突破了传统激光器件输出波长受限的技术瓶颈，是支撑紫外/深紫外激光、中红外激光、超快激光及量子光源等先进激光系统发展的核心基础部件。本文系统阐述非线性光学效应的物理机制、主流非线性光学晶体的材料特性与相位匹配技术，梳理其在科研探测、精密制造、生物医疗、光通信及国防安全等领域的典型应用，并展望该类材料未来的发展方向，为相关领域技术研究与工程应用提供参考。
2026-04-08
-
波前像差、点扩散函数（PSF）与调制传递函数（MTF）的关联解析
在光学成像领域，波前像差（WavefrontAberration）、点扩散函数（PointSpreadFunction,PSF）与调制传递函数（ModulationTransferFunction,MTF）是描述光学系统成像质量的核心参数。三者相互关联、层层递进，共同决定了系统的最终成像效果与视觉质量，但其内在联系常令初学者困惑。本文将从概念本质出发，系统解析三者的关联逻辑，结合具体实例深化理解，为相关领域的学习与应用提供清晰指引。
2026-04-07
-
非硅特种材料精密划片工艺技术方案
在半导体封装、光学器件、电子元器件等高端制造领域，蓝宝石、玻璃、陶瓷等非硅特种材料的应用日益广泛。此类材料物理特性与传统硅片差异显著，常规硅片划片工艺无法直接适配，易出现崩边、裂纹、刀具损耗大、良品率偏低等问题。结合材料特性与实际量产经验，针对蓝宝石、玻璃、陶瓷三大类核心材料，形成专业化精密划片工艺解决方案。
2026-04-07
