计算机光学元件的发展及现状

文章首先阐述了计算机光学元件的发展概况及其基本概念,然后逐一介绍了对其进行分析的3种主要方法,并对它们的应用范围、分类及其特点分别进行了比较。对计算机光学元件的研制和应用领域作了叙述,最后对其发展现状和前景作了简单介绍。

计算机光学元件的软件可视化设计

本文利用可视化CVF（Compaq Visual Fortran）程序，采用改进GS算法，对透射式计算机光学元件进行设计．模拟结果表明，该程序具有很好的通用性，对元件的设计带来了极大的便捷。

透射式计算机光学元件的改进算法

由于GS算法的相位初始值的选择对元件设计有影响,因此利用倒退波来设定相位初始值的改进方法,可以在一定程度上克服GS算法的缺陷。计算机模拟计算结果表明,该方法设计的透射式元件不仅可以用于光波的不同波段(可见光或红外),提高了精度,而且可对较复杂的图样进行设计。

反射式计算机光学元件的优化设计

为了避免元件的相位初始值对设计的影响,提出了利用后退波的概念对反射式计算机光学元件的优化设计方法,不需设定相位初始值,就可实现元件的设计。计算机模拟计算结果表明,该方法设计的反射式元件不仅能用于光波,也能用于毫米波段,且具有较高的精度,证明此方法是有效的。

计算机光学及其应用

计算机光学（又称二元光学）作为一门新兴的学科分支正受到人们的关注。本文首先介绍了计算机光学的概念和产生背景、然后介绍了其特点和功能，最后总结了计算机光学的主要应用情况。

计算机光学元件的混合编程软件设计

设计计算机光学元件混合编程软件对光学领域发展具有十分重要的现实意义,本文首先对计算机光学和混合编程方法进行了简单介绍,然后对计算机光学元件混合编程设计进行了详细论述。

基于三值光学计算机的主从式并行遗传算法研究

为进一步提高主从式并行遗传算法对实际问题的求解能力,本次研究基于三值光学计算机设计主从式并行遗传算法。首先,对遗传算法基础理论和三值光学计算机基础理论予以阐述,为研究提供理论支撑;其次,基于三值光学计算机和遗传算法的特点,对基于三值光学计算机的主从式并行遗传算法的结构和运行流程进行设计,并确定该算法的算子及相关参数;最后,以“旅行商问题”为测试用例,对优化后的遗传算法性能进行测试。结果显示,优化后的遗传算法在不同条件下均具有较高优势。

三值光学计算机模拟器的设计与实现

三值光学计算机(ternary optical computer, TOC)作为一种新体系结构的计算机,具有处理器位数众多且易扩展、位功能可重构、位可分组使用等特点,在海量或复杂数据的快速处理方面有很大潜力,但它的应用开发探索尚处于初期。为了扩展其应用范围,提出了一种基于三值光学计算机体系架构的模拟器TOCSim设计方案。该方案通过软件形式模拟TOC的运行过程,并在普通PC机上实现其雏形。TOCSim主要模拟TOC处理器的重构策略、处理器位的分配策略、中间结果解码以及运算效果模拟等过程。通过本模拟器的模拟效果图与TOC原型机上的运行结果光图进行对比,表明该模拟器的设计方案是正确的、可行的。

GS算法设计计算机光学元件的一种改进

通过间断地进行相位替换,在GS算法的基础上提出了一种改进算法。用改进的算法对计算机光学元件(COE)进行了设计。计算结果表明,相对于GS算法,改进的算法对初始值的选取更不敏感,能在更广泛的解空间内搜寻更优的解,具有更高的收敛效率。

计算机光学元件的制作及新应用

论述计算机光学元件制作的方法,着重介绍了灰度掩模技术,反应离子束刻蚀法和激光直写技术,并且说明了其在空间聚焦器上和激光雷达上的新应用。

用于模拟光学计算的超材料

基于超材料的新型架构使用光执行计算任务,是构建可大规模生产、可重新编程的有前途的计算平台。有别于使用0和1的数字计算,模拟计算机使用连续变量执行计算任务。一个有前景的方向是发展用光而不是电流处理信息的光学模拟计算机。正如宾夕法尼亚大学的Nader Engheta在2024年美国物理学会三月会议上报道的那样,被称为超材料的复合介质为构建光学模拟计算机提供了一个强大的平台,不仅可以大规模生产并与硅电子器件集成,而且具有实时重新编程以执行不同计算任务的能力。基于超材料的模拟光学计算机有朝一日可能会比传统计算机更快、以更低功耗执行某些任务。

计算机控制光学表面成形中大规模驻留时间求解

采用基于稀疏矩阵的大规模非负最小二乘法,对大口径、微浮雕结构光学元件加工中的驻留时间进行了分析与求解,并对该算法开展了正则化研究。仿真结果表明:与传统非负最小二乘法相比,基于稀疏矩阵的大规模非负最小二乘法精度高、效率快。采用该算法仿真加工平均振幅为1.177 6倍波长的大口径、微浮雕结构光学元件,误差面形均方根收敛至0.067倍波长。

计算机控制光学抛光驻留时间求解中两类优化算法的分析

建立了基于矩阵计算的驻留时间计算模型,根据实际加工要求建立了最小二乘和最佳一致逼近最优化求解数学模型,总结了两类优化问题的求解方法。根据自研数学解法器,利用数值计算分析了这两类算法的计算特点。仿真结果显示,两种自研算法具有较高的计算精度,最小二乘逼近算法计算效率有待提高,对外界扰动和计算模型等误差不敏感,最佳一致逼近算法计算效率较高,但对误差比较敏感。实际加工时,如果面形精度已经比较高时,建议多采用最小二乘逼近算法。

光学抛光中模具磨损的计算机控制补偿

模具的磨损消耗对计算机控制光学表面的抛光工艺影响甚大 ,但在实际加工中不利于将工艺中断来重新调整加工的零点以对模具的磨损进行补偿。因此本文提出了一个指数形式的模具磨损函数 ,并依此对 Preston方程进行了修正 ,达到了实时补偿模具磨损的目的。通过实验确定了该函数磨损时间常数值并将该方法用于计算机控制的抛光和误差修正。实验证明 。

三值光学计算机中SJ-MSD加法器的设计与实现

本文介绍三值光学计算机的一种新型并行加法器—SJ-MSD加法器的设计与实现.介绍判断一组三值逻辑变换能够实现并行无连续进位二进制MSD数加法的充分条件(沈氏充分性定理).给出了构成SJ-MSD加法器的五个三值逻辑变换:S1、S2、J1、J2和J3(简称SJ变换),及其操作规则(简称SJ规则),并依据沈氏充分性定理推证了SJ变换和SJ规则构成MSD并行加法器的可靠性.尔后又详细阐述了SJ-MSD加法器在三值光学计算机原型系统SD16上的设计方案和实现方法,并阐述了流水计算和多数据共享SJ-MSD加法器的实现方法.文中最后详细介绍了对SJ-MSD加法器的测试实验.与先期的TW-MSD加法器相比,SJ-MSD加法器减少占用处理器位数约25%,有效提高了三值光学处理器的使用率.

针对三值光学计算机的C语言扩展

为了将三值光学计算机(ternary optical computer,TOC)数据位众多和光学处理器硬件可重构性这两个特点应用于高级语言程序中,提出并实现了针对三值光学计算机的C语言扩充技术.该技术中的用户可见部分包括一组C语言扩充语句和一个用户运算请求文件自动生成软件模块,其中扩充语句采用C语言函数的书写方式,并采用专用字头SZG_;运算请求文件自动生成软件模块将用户在给定界面中送入的运算方式和输入数据自动转换成预先制定的数据文件格式,生成SZG文件.三值光学计算机返回的运算结果会自动保存在与运算请求文件相同的目录下,且文件名由对应的运算请求文件名加后缀R.SZG组成.用户不可见部分包括:对扩充指令的编译进程、SZG文件生成机制、运算请求状况记录进程、运算结果接收进程和三值光学计算机端服务进程.使用该技术,用户不必改变编程习惯,可直接在C语言程序中使用三值光学计算机.该技术已在由PC机和嵌入式系统组成的三值光学计算机模拟环境中进行了实验,实验结果表明,该技术行之有效.

自研全光纤光学相干计算机断层摄影术灵敏检测早期牙釉质龋

目的探索新型生物组织高分辨率成像技术——光学相干计算机断层摄影术(OCT)用于龋病早期诊断。方法选用化学酸蚀法在离体人恒牙釉质光滑面制备0、12、24、48、72、96、120h不同时间的早期脱矿人工龋模型,采用自行研发的口腔全光纤OCT(AF-OCT)进行离体人恒牙早期牙釉质人工龋的体外检测,并与同一牙齿样本的显微数码摄影、扫描电子显微镜和偏振光显微镜的检测结果进行比较,检验AF-OCT体外检测早期龋变的效能。结果AF-OCT可早期准确检测到脱矿12h以内的牙釉质表面组织学水平的改变,开窗区釉质表面脱矿深度与脱矿时间成正比。与3种常用体内外检测手段相比,AF-OCT可早于显微数码摄影观察到牙釉质表面的形貌改变,与扫描电子显微镜和偏振光显微镜检测结果高度相关。结论自研AF-OCT可早期、精确、无创地检测出脱矿12h以内的早期牙釉质表面人工龋变,并可实现量化测定和分析,获得的龋变深度量化测量数据与偏振光显微镜下组织学测量结果高度相关。

应用计算机辅助光学投射条纹测试系统测量乳房体积的实验研究

目的:准确测量乳房体积是成功进行隆乳术、缩乳术等与乳房体积增减有关的手术的前提。研究应用计算机辅助光学投射条纹测试技术(computer-aidedprojectionfringemeasurement,CAPFM)测量乳房体积,并探讨该技术的可行性和先进性。方法:基于CAPFM基本原理和软件编程技术研制乳房体积测量系统,采用该系统测量塑料人体模特乳房体积,并与体积置换测量法(volumereplacedmeasurement,VRM)相比较。结果:实验表明应用该系统测量乳房体积具有以下优点:①非接触性测量过程。②测量速度快,采集数据仅需0.5s,测量总耗时大约2min。③自动化程度高,测量过程基本由计算机软件控制。④测量灵敏度达1mL,完全满足临床需要。⑤与VRM法相比较,两者的测量准确度无明显差别。结论:应用CAPFM测量乳房体积的方法是可行的和先进的。

三值光学计算机数据位与运算部件像素的映射技术

为有效利用运算部件像素资源,在介绍了降值设计理论、三值逻辑光学运算部件结构、三值逻辑光学运算器使用像素的情况等问题之后,提出并详尽讨论了三值光学计算机数据位与光学运算部件像素之间的一种映射方法。该方法包含了"以像素位为单位"进行映射、"像素组合互补性优先"、"定时映射"等策略。采用了"定时映射等待队列"、"构造像素组合互补运算器组"等关键技术。描述了相应程序的流程,并给出了相应的实验方法,验证了该方法的可行性和有效性。

三值光学计算机中运算请求调度

三值光学计算机具有很多数据位资源使得它能并行处理多个运算请求,因此运算请求的调度就成了三值光学计算机监控系统中不可避免的问题。定义了三值光学计算机中运算请求的四种不同状态,给出了其转换关系;讨论了动态表调度技术,提出了适合三值光学计算机监控系统的运算请求调度策略,如立即调度策略、定时调度策略和基于优先级的先到先服务策略。在此基础上提出了定时调度算法,分析了其特点。在监控系统中实现了该调度算法,并进行了相关实验。实验结果表明该调度算法可行且正确。