实现多阶微分运算的光学芯片、参数确定方法及运算设备

1.本发明涉及光学模拟计算领域，尤其涉及一种实现多阶微分运算的光学芯片、参数确定方法及运算设备。

背景技术：

2.光学模拟计算是一种利用光学手段对光场信息进行模拟计算的方法，随着相关技术的发展，对大规模实时数据处理的需求迅速增加，光学模拟计算受到广泛关注，纳米光子学的不断发展也为该光学模拟计算领域带来新的机遇。相关模拟计算技术中，数字信号处理方式可以实现各式各样的信号处理功能，但由于工艺水平的限制，数字信号处理方式的处理速度较慢、功耗较高，导致数字信号处理不能满足计算需求。而光信号相对于电信号具有高传输速度和低功耗的特点，所以在解决部分特定问题时，光学模拟计算更高效。相关光学模拟计算的光学元件和系统的体积，随着纳米光子学的发展以及超表面和超材料的应用，逐渐从大体积向小型化和集成化的方向发展。光学微分运算器属于光学模拟计算设备的一种，光学微分运算器可以对多个光场计算光路并行地进行微分运算，光学模拟计算在边缘检测、计算机视觉、生物成像和自动驾驶等技术领域有较为重要的应用前景。然而，相关技术中，光学微分运算器的结构只能支持进行一种微分运算，并且需要复杂的表面结构来实现微分运算，这使得这些光学微分运算器的功能不足以解决实际需求，并且无法被大规模的制备。

技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种实现多阶微分运算的光学芯片、参数确定方法及运算设备，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
4.本发明的一个方面，提供了一种实现多阶微分运算的光学芯片。
5.实现多阶微分运算的光学芯片包括：玻璃基底；设置于上述玻璃基底上的光子晶体膜结构，上述光子晶体膜结构包括：预设层数的透射率调制膜，其中，上述透射率调制膜包括第一透射率膜和第二透射率膜。
6.备选的，上述实现多阶微分运算的光学芯片配置为：在第一径向角和第一方位角满足第一预设条件的情况下，第一波长入射光通过上述光学芯片进行一阶微分运算；在上述第一径向角和上述第一方位角满足第二预设条件的情况下，上述第一波长入射光通过上述光学芯片进行二阶微分运算，其中，上述第一径向角为，上述第一波长入射光与上述第一波长入射光入射的上述光子晶体膜结构的表面所在的平面的法线之间的夹角；上述第一方位角为，上述第一波长入射光在上述平面中的投影所在直线与第一波长入射光在上述平面中的投影的偏振方向所在直线的夹角的余角。
7.备选的，上述实现多阶微分运算的光学芯片配置为：在第二径向角和第二方位角满足第三预设条件的情况下，第二波长入射光通过上述光学芯片进行三阶微分运算；在上述第二径向角和上述第二方位角满足第四预设条件的
情况下，上述第二波长入射光通过上述光学芯片进行四阶微分运算，其中，上述第二径向角为，上述第二波长入射光与上述第二波长入射光入射的上述光子晶体膜结构的表面所在的平面的法线之间的夹角；上述第二方位角为，上述第二波长入射光在上述平面中的投影所在直线与上述第二波长入射光在上述平面中的投影的偏振方向所在直线的夹角的余角。
8.备选的，上述实现多阶微分运算的光学芯片的基础透射率是根据上述玻璃基底的折射率、上述第一透射率膜的折射率和上述第二透射率膜的折射率得到的；基于配置为上述基础透射率的上述光学芯片，对上述第一波长入射光和上述第二波长入射光进行透射调制，实现上述一阶微分运算、上述二阶微分运算、上述三阶微分运算和上述四阶微分运算。
9.备选的，上述第一透射率膜的折射率分别大于上述第二透射率膜的折射率和上述玻璃基底的折射率，且上述第二透射率膜的折射率和上述玻璃基底的折射率相等，在与上述玻璃基底连接的上述光子晶体膜结构中，上述第一透射率膜一面接触上述玻璃基底，另一面接触上述第二透射率膜。
10.备选的，上述第一透射率膜的折射率大于上述第二透射率膜的折射率和上述玻璃基底的折射率，且上述第二透射率膜的折射率和上述玻璃基底的折射率不相等。
11.本发明的另一方面，提供了一种实现多阶微分运算的光学芯片的参数确定方法。
12.该实现多阶微分运算的光学芯片的参数确定方法包括：根据第一波长入射光、第二波长入射光、与上述第一波长入射光进行微分运算相对应的拟合透射率曲线和与上述第二波长入射光进行微分运算相对应的拟合透射率曲线，确定光学芯片的目标透射率；根据上述目标透射率，通过转移矩阵理论，确定目标光学芯片结构参数，以便制备上述光学芯片；其中，上述目标光学芯片结构参数包括：上述光学芯片结构参数包括：上述光学芯片的玻璃基底的目标第三厚度和上述玻璃基底的目标第三折射率；上述光学芯片的设置于上述玻璃基底上的光子晶体膜结构的透射率调制膜的第一透射率膜的目标第一厚度、上述第一透射率膜的目标第一折射率、上述光学芯片的设置于上述玻璃基底上的光子晶体膜结构的透射率调制膜的第二透射率膜的目标第二厚度、上述第二透射率膜的目标第二折射率。
13.备选的，上述根据第一波长入射光、第二波长入射光、上述第一波长入射光进行微分运算对应的拟合透射率曲线和上述第二波长入射光进行微分运算对应的拟合透射率曲线，确定光学芯片的目标透射率包括：根据上述第一波长入射光的波长参数、上述第一波长入射光入射上述光学芯片前的第一入射偏振状态、上述第一波长入射光在进行一阶微分运算时的第一拟合透射率曲线和上述第一波长入射光在进行二阶微分运算时的第二拟合透射率曲线，确定上述第一波长入射光出射上述光学芯片后的第一目标出射偏振状态；根据上述第二波长入射光的波长参数、上述第二波长入射光入射上述光学芯片前的第二入射偏振状态、上述第二波长入射光在进行三阶微分运算时的第三拟合透射率曲线和上述第二波长入射光在进行四阶微分运算时的第四拟合透射率曲线，确定上述第二波长入射光出射上述光学芯片后的第二目标出射偏振状态；根据上述第一波长入射光的波长参数、上述第一入射偏振状态、上述第一拟合透射率曲线、上述第二拟合透射率曲线、上述第一目标出射偏振状态、上述第二波长入射光的波长参数、上述第二入射偏振状态、上述第三拟合透射率曲线、上述第四拟合透射率曲线和上述第二目标出射偏振状态，确定上述光学芯片的目标透射率。
14.备选的，上述根据上述目标透射率，通过转移矩阵理论，确定目标光学芯片结构参数包括：确定上述第一透射率膜的第一厚度、上述第一透射率膜的第一折射率、上述第二透射率膜的第二厚度、上述第二透射率膜的第二折射率、上述玻璃基底的第三厚度和上述玻璃基底的第三折射率，以便通过上述转移矩阵理论得到上述光学芯片的透射率，确定在得到的上述光学芯片的透射率与上述目标透射率差值最小的情况下的上述目标第一厚度、上述目标第一折射率、上述目标第二厚度、上述目标第二折射率、所述目标第三厚度和所述目标第三折射率。本发明的又一方面，提供了一种基于实现多阶微分运算的光学芯片的多阶微分运算设备。
15.该多阶微分运算设备包括：获取模块、入射光角度调整模块、调制模块、运算模块和偏振态调整模块。
16.获取模块，用于获取第一波长入射光和第二波长入射光；入射光角度调整模块，用于调整上述第一波长入射光和上述第二波长入射光的角度，得到调整后的第一波长入射光和调整后的第二波长入射光；调制模块，用于将需要进行上述多阶微分运算的信息调制到上述调整后的第一波长入射光和上述调整后的第二波长入射光上，得到与上述调整后的第一波长入射光相对应的第一调制光和上述调整后的第二波长入射光相对应的第二调制光；运算模块，用于对上述调制光第一调制光和上述第二调制光进行上述多阶微分运算，得到包括多阶微分运算结果的第一出射光和第二出射光，其中，上述运算模块包括上述实现多阶微分运算的光学芯片；偏振态调整模块，用于对上述第一波长入射光和上述第二波长入射光的偏振态进行调整，还用于对上述第一出射光和上述第二出射光的偏振态进行调整。
17.基于上述技术方案可以看出，本发明的实施例相对于现有技术具有如下有益效果：基于光学芯片对入射光进行透射调制，通过改变光学芯片包括的玻璃基底、第一透射率膜和第二透射率膜的厚度和折射率参数，实现对入射光进行不同透射调制，以实现使入射光经调制实现一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。相比于通过电子微分运算方法进行的微分运算，光学芯片为根据光场信息进行的光子运算，由于光传播速度远高于电子传播速度，以及光传播的热损耗远小于电子传播的热损耗，使得基于光学芯片实现的微分运算技术具有高处理速度和低功耗的特点。相比于相关技术中只能进行单一微分运算的光学微分运算方法，基于光学芯片可以同时进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算，应用更广泛。且光学芯片是利用多层膜结构的调制实现的多阶微分运算，光学芯片本身不需要占用大量空间，可以实现运算器件小型化；且多层膜结构上没有表面微结构，制备工艺较简单，便于量化生产。
附图说明
18.图1示出了根据本发明实施例的光学芯片结构示意图。
19.图2a示出了根据本发明实施例的一阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
20.图2b示出了根据本发明实施例的二阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
21.图2c示出了根据本发明实施例的三阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
22.图2d示出了根据本发明实施例的四阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
23.图3示出了根据本发明实施例的参数确定方法流程图。
24.图4示出了根据本发明实施例的多阶微分运算设备结构示意图。
25.图5示出了根据本发明另一实施例的多阶微分运算设备结构示意图。
26.图6示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场的实验结果图。
27.图7a示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行一阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
28.图7b示出了根据本发明实施例的图7a对应的边缘强度截面示意图。
29.图7c示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行二阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
30.图7d示出了根据本发明实施例的图7c对应的边缘强度截面示意图。
31.图7e示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行三阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
32.图7f示出了根据本发明实施例的图7e对应的边缘强度截面示意图。
33.图7g示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行四阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
34.图7h示出了根据本发明实施例的图7g对应的边缘强度截面示意图。
具体实施方式
35.以下，将参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
36.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本发明。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
37.在此使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
38.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释（例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等）。
39.在实现本发明构思的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：
光学微分运算器实现可以对多个光场计算光路并行地进行微分运算，但是相关技术中，光学微分运算器一般通过在微分运算器进行微分运算的表面上制造复杂的表面结构来实现对多个光场光路的调制，进而实现微分运算。复杂的表面结构限制了光学微分运算器只能进行固定的微分运算，并且复杂的表面结构导致光学微分运算器的大规模制备受到限制，导致光学微分运算器的功能不足以解决实际需求。
40.因此，需要一种可实现多阶微分运算，且制备较为简单的光学芯片。
41.为了至少部分地解决相关技术中存在的技术问题，本发明提供了一种实现多阶微分运算的光学芯片、参数确定方法及运算设备。可以应用于光学模拟计算领域。
42.根据本发明实施例，一方面提供了一种实现多阶微分运算的光学芯片。
43.该实现多阶微分运算的光学芯片包括：玻璃基底；设置于玻璃基底上的光子晶体膜结构，光子晶体膜结构包括：预设层数的多层透射率调制膜，其中，一层透射率调制膜可以包括第一透射率膜和第二透射率膜。
44.图1示出了根据本发明实施例的光学芯片结构示意图。
45.如图1所示，实现多阶微分运算的光学芯片8包括玻璃基底1，设置于玻璃基底1上的光子晶体膜结构2。光子晶体膜结构2包括：预设层数的透射率调制膜13，透射率调制膜13包括第一透射率膜3和第二透射率膜4。
46.根据本发明实施例，在通过光学芯片8实现入射光包括的光场信息的多阶微分运算的情况下，可以设置以光学芯片8和入射光为参考，构建三维直角坐标系，以便对光学芯片8实现多阶微分运算的过程进行描述。如图1所示，可以设置入射光a经光子晶体膜结构2表面入射到光学芯片8中，设置入射光a为包括预设偏振态光场信息的入射光，设置在入射光a投影到光子晶体膜结构2表面所在平面的情况下，入射光a的投影在光子晶体膜结构2表面所在平面中的偏振传播方向为该平面内的x方向；以x方向为参考，在该平面内逆时针旋转90
°
后的方向为该平面内的y方向；以y方向为参考，向该平面外逆时针旋转90
°
的方向为垂直于该平面，且背向该平面的z方向。
47.根据本发明实施例，设置入射光a所在直线与z方向的夹角为径向角，入射光a在光子晶体膜结构2表面所在平面中的投影为第一投影。如图1所示，可以设置第一投影所在直线与y方向之间的夹角为方位角，第一投影在y方向上的投影为第二投影，还可以设置第一投影在x方向上的投影为第三投影。
48.根据本发明实施例，设置入射光a为包括预设偏振态光场信息的入射光，通过调整该预设偏振态，可以实现在入射光a在经光子晶体膜结构2表面入射到光学芯片8前，即在光学芯片8外部的空间中时，其预设偏振态可以由在z方向的偏振分量和在x方向的偏振分量表示，同时在y方向不存在偏振分量。
49.根据本发明实施例，可以将预设层数的透射率调制膜13设置于玻璃基底1上，即使得预设层数的第一透射率膜3和预设层数的第二透射率膜4交叠设置于玻璃基底1上。入射光a在通过光子晶体膜结构2表面入射到光学芯片8后，入射光a在光学芯片8中的透射率受到第一透射率膜3和第二透射率膜4的厚度和折射率参数以及玻璃基底1的厚度和折射率参数调制。通过调节第一透射率膜3和第二透射率膜4的厚度和折射率参数，实现在入射光a经调制的情况下，使入射光a的透射率满足预设条件，进而使入射光a经调制实现一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。
50.根据本发明实施例，入射光a在经光学芯片8的透射调制后，可以实现对入射光a预设偏振态的调制，得到出射光b。在入射光a未入射光学芯片8的情况下，入射光a的预设偏振态可以包括z方向的偏振分量和x方向的偏振分量且不包括y方向偏振分量。将入射光a输入光学芯片8进行透射调制，实现在出射光b出射到光学芯片8外部的情况下，出射光b的偏振态可以包括z方向的反方向的偏振分量、y方向的偏振分量和x方向的偏振分量。
51.根据本发明实施例，基于光学芯片8对入射光a进行透射调制，通过改变光学芯片8包括的玻璃基底1、第一透射率膜3和第二透射率膜4的厚度和折射率参数，实现对入射光a进行不同透射调制，以实现使入射光a经调制实现一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。相比于通过电子微分运算方法进行的微分运算，光学芯片8为根据光场信息进行的光子运算，由于光传播速度远高于电子传播速度，以及光传播的热损耗远小于电子传播的热损耗，使得基于光学芯片8实现的微分运算技术具有高处理速度和低功耗的特点。相比于相关技术中只能进行单一微分运算的光学微分运算方法，基于光学芯片8可以同时进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算，应用更广泛。且光学芯片8是利用多层膜结构的调制实现的多阶微分运算，光学芯片8器件本身不需要占用大量空间，可以实现运算器件小型化；且多层膜结构上没有表面微结构，制备工艺较简单，便于量化生产。
52.根据本发明实施例，光学芯片8的基础透射率是根据玻璃基底折射率、第一透射率膜折射率和第二透射率膜折射率得到的。基于配置为基础透射率的光学芯片，对第一波长入射光和第二波长入射光进行透射调制，实现一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。
53.根据本发明实施例，设置该基础透射率为在没有入射光入射光学芯片8的情况下，仅根据玻璃基底1的厚度、玻璃基底1的折射率、预设层数的第一透射率膜3的厚度、预设层数的第一透射率膜3的折射率、预设层数的第二透射率膜4的厚度和预设层数的第二透射率膜4的折射率可以得到的透射率。通过改变上述提及的厚度和折射率的具体数值，即可改变光学芯片8的基础透射率。
54.根据本发明实施例，在有入射光入射光学芯片8的情况下，根据入射光入射的径向角和方位角的不同，光学芯片8的基础透射率对不同的入射光的调制不同，由此对不同的入射光实现不同的调制。可以先设置所需要得到的最终调制效果，通过改变光学芯片8的基础透射率，进而改变对不同的入射光的调制效果，最终得到符合所需要的最终调制效果的光学芯片8的结构参数。
55.根据本发明实施例，在第一透射率膜3的折射率分别大于第二透射率膜4的折射率和玻璃基底1的折射率，且第二透射率膜4的折射率和玻璃基底1的折射率相等的情况下，在与玻璃基底1连接的光子晶体膜结构2中，第一透射率膜3的一面接触玻璃基底1，第一透射率膜3的另一面接触第二透射率膜4。
56.根据本发明实施例，可以理解的是，在第二透射率膜4的折射率和玻璃基底1的折射率相等的情况下，如果在与玻璃基底1连接的光子晶体膜结构2中第二透射率膜4接触玻璃基底1，则等同于玻璃基底1与玻璃基底1接触的一层第二透射率膜4共同构成了一层新的玻璃基底1，或可以认为与玻璃基底1接触的一层第二透射率膜4的厚度改变，进而光学芯片8的结构参数发送改变，导致光学芯片8对入射光的调制会发生改变，由此，可能导致不能实
现对入射光的一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算或四阶微分运算。因此，在第一透射率膜3的折射率大于第二透射率膜4的折射率和玻璃基底1的折射率，且第二透射率膜4的折射率和玻璃基底1的折射率相等的情况下，玻璃基底1和第二透射率膜4不接触。
57.根据本发明实施例，可以理解的是，光子晶体膜结构2中包括的预设层数的第一透射率膜3之间是没有相互接触的，预设层数的第二透射率膜4之间也是没有相互接触的。
58.根据本发明实施例，在第一折射率膜3的折射率大于第二透射率膜4的折射率和玻璃基底1的折射率，且第二透射率膜4的折射率和玻璃基底1的折射率不相等的情况下，不对玻璃基底1接触的透射率膜的种类进行限制。
59.根据本发明实施例，可以理解的是，在玻璃基底1、第一透射率膜3和第二透射率膜4的折射率都不相等的情况下，不会出现相互融合为一层膜的情况，则并不需要限制接触玻璃基底1的透射率膜的种类。
60.根据本发明实施例，可以设置入射光a在空间中的波矢为k0，入射光a在光子晶体膜结构2表面所在平面中的第一投影的波矢为kr，第一投影的波矢在y方向上的第二投影的波矢为ky，第一投影的波矢在x方向上的第三投影的波矢为kx。
61.根据本发明实施例，入射光a可以包括第一波长入射光和第二波长入射光。其中，可以设置由第一波长入射光完成一阶微分运算和二阶微分运算；由第二波长入射光完成三阶微分运算和四阶微分运算。
62.根据本发明实施例，可以将光学芯片8配置为：在第一径向角和第一方位角满足第一预设条件的情况下，第一波长入射光通过光学芯片进行一阶微分运算。在第一径向角和第一方位角满足第二预设条件的情况下，第一波长入射光通过光学芯片进行二阶微分运算。
63.根据本发明实施例，第一径向角为第一波长入射光与第一波长入射光入射的光子晶体膜结构2表面所在的平面的法线之间的夹角，即第一径向角为第一波长入射光与z方向的夹角。第一方位角为第一波长入射光在平面中的投影所在直线与第一波长入射光在平面中的投影的偏振方向所在直线的夹角的余角，即第一方位角为第一波长入射光在光子晶体膜结构2表面所在平面中的投影与y方向的夹角。
64.根据本发明实施例，在第一径向角和第一方位角满足第一预设条件的情况下，第一波长入射光沿着第三投影的波矢kx1方向变化的透射率t13满足，即表征第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了一阶微分运算。
65.根据本发明实施例，在第一径向角和第一方位角满足第二预设条件的情况下，第一波长入射光沿着第一投影的波矢kr1方向变化的透射率t11满足，即表征第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了二阶微分运算。
66.根据本发明实施例，可以将光学芯片8配置为：在第二径向角和第二方位角满足第三预设条件的情况下，第二波长入射光通过光学芯片进行三阶微分运算。在第二径向角和第二方位角满足第四预设条件的情况下，第二波长入射光通过光学芯片进行四阶微分运算。
67.根据本发明实施例，第二径向角为第二波长入射光与第二波长入射光入射的光子晶体膜结构2表面所在的平面的法线之间的夹角，即第二径向角为第二波长入射光与z方向的夹角。第二方位角为，第二波长入射光在平面中的投影所在直线与第二波长
入射光在平面中的投影的偏振方向所在直线的夹角的余角，即第二方位角为第二波长入射光在光子晶体膜结构2表面所在平面中的投影与y方向的夹角。
68.根据本发明实施例，在第二径向角和第二方位角满足第三预设条件的情况下，第二波长入射光沿着第三投影的波矢kx2方向变化的透射率t23满足，即表征第二波长出射光相对于第二波长入射光进行了三阶微分运算。
69.根据本发明实施例，在第二径向角和第二方位角满足第四预设条件的情况下，第二波长入射光沿着第一投影的波矢kr2方向变化的透射率t21满足，即表征第二波长出射光相对于第二波长入射光进行了四阶微分运算。
70.根据本发明实施例，可以设置第一波长入射光的波长为643nm和第二波长入射光为638nm。根据第一波长入射光和第二波长入射光的波长以及其对应需要进行的透射调制，可以配置得到玻璃基底1厚度为0.17mm，折射率为1.46；第一透射率膜3厚度为56nm，折射率为2.53，第一透射率膜3层数共20层；第二透射率膜4厚度为80nm，折射率为1.46，第二透射率膜4层数共20层的光学芯片8。其中，第一透射率膜3可以配置为si3n4材料的透射率膜，第二透射率膜4可以配置为sio2材料的透射率膜，第一透射率膜3和第二透射率膜4交叠设置在玻璃基底1上。
71.图2a示出了根据本发明实施例的一阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
72.如图2a所示，在第一波长入射光的波长为643nm情况下，对应得到的一阶微分运算的计算透射率曲线在第一角度约为[-0.10，0.10]区间内近似与一阶微分运算的第一拟合透射率曲线重叠，即在第一角度为[-0.10，0.10]区间内，第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了一阶微分运算。
[0073]
根据本发明实施例，可以设置该第一角度以第一波长入射光的第三投影的波矢kx1与第一波长入射光的波矢k01的比值进行表示，可以通过公式（1）、公式（2）和公式（3）对应得到径向角和方位角的角度区间。
[0074]
根据本发明实施例，可以通过公式（1）表示径向角：（1）其中，为入射光a的径向角，kr为入射光a的第一投影的波矢；k0为入射光a在空间中的波矢。
[0075]
根据本发明实施例，可以通过公式（2）表示方位角：（2）其中，为入射光a的方位角，kr为入射光a的第一投影的波矢；kx为入射光a的第三投影的波矢。
[0076]
根据本发明实施例，可以通过公式（3）表示第一投影的波矢、第二投影的波矢和第三投影的波矢之间的关系：（3）其中，kr为第一投影的波矢；ky为第二投影的波矢；kx为第三投影的波矢。
[0077]
根据本发明实施例，可以通过公式（1）、公式（2）和公式（3）得到，在满足第一预设条件的情况下，即第一径向角满足[0.14，0.23]，第一方位角满足[-4
°
，4
°
]的情况下，第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了一阶微分运算。
[0078]
图2b示出了根据本发明实施例的二阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
[0079]
如图2b所示，在第一波长入射光的波长为643nm情况下，对应得到的二阶微分运算的计算透射率曲线在第二角度约为[-0.17，0.17]区间内近似与二阶微分运算的第二拟合透射率曲线重叠，即在第二角度为[-0.17，0.17]区间内，第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了二阶微分运算。
[0080]
根据本发明实施例，通过类似上述进行一阶微分运算的数值推导过程，可以得到，在满足第二预设条件的情况下，即第一径向角满足，[-0.07，0.07]，第一方位角满足[-180
°
，180
°
]的情况下，第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了二阶微分运算。
[0081]
图2c示出了根据本发明实施例的三阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
[0082]
如图2c所示，在第二波长入射光的波长为638nm情况下，对应得到的三阶微分运算的计算透射率曲线在第三角度约为[-0.21，0.21]区间内近似与第三拟合透射率曲线重叠，即在第三角度为[-0.21，0.21]区间内，第二波长出射光相对于第二波长入射光进行了三阶微分运算。
[0083]
根据本发明实施例，通过类似上述进行一阶微分运算的数值推导过程，可以得到，在满足第三预设条件的情况下，即第二径向角满足[0.12，0.18]，第二方位角满足[-4
°
，4
°
]的情况下，第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了三阶微分运算。
[0084]
图2d示出了根据本发明实施例的四阶微分运算的计算透射率曲线和拟合透射率曲线示意图。
[0085]
如图2d所示，在第一波长入射光的波长为638nm情况下，对应得到的四阶微分运算的计算透射率曲线在第四角度约为[-0.24，0.24]区间内近似与四阶微分运算的第四拟合透射率曲线重叠，即在第四角度为[-0.24，0.24]区间内，第二波长出射光相对于第二波长入射光进行了四阶微分运算。
[0086]
根据本发明实施例，通过类似上述进行一阶微分运算的数值推导过程，可以得到，在满足第四预设条件的情况下，即第二径向角满足[-0.07，0.07]，第二方位角满足[-180
°
，180
°
]的情况下，第一波长出射光相对于第一波长入射光进行了四阶微分运算。
[0087]
根据本发明实施例，另一方面提供了一种参数确定方法。
[0088]
图3示出了根据本发明实施例的参数确定方法流程图。
[0089]
如图3所示，参数确定方法包括操作s310~操作s320。
[0090]
在操作s310，根据第一波长入射光、第二波长入射光、与第一波长入射光相对应的拟合透射率曲线和与第二波长入射光相对应的拟合透射率曲线，确定光学芯片的目标透射率。
[0091]
在操作s320，根据目标透射率，通过转移矩阵理论，确定光学芯片结构参数，以便制备光学芯片。
[0092]
根据本发明实施例，目标光学芯片结构参数包括：光学芯片结构参数包括：光学芯片的玻璃基底的目标第三厚度和玻璃基底的目标第三折射率；光学芯片的设置于玻璃基底上的光子晶体膜结构的透射率调制膜的第一透射率膜的目标第一厚度、第一透射率膜的目标第一折射率、光学芯片的设置于玻璃基底上的光子晶体膜结构的透射率调制膜的第二透射率膜的目标第二厚度、第二透射率膜的目标第二折射率。
[0093]
根据本发明实施例，根据第一波长入射光、第二波长入射光、第一波长入射光进行微分运算对应的拟合透射率曲线和第二波长入射光进行微分运算对应的拟合透射率曲线，确定光学芯片的目标透射率包括：根据第一波长入射光的波长参数、第一波长入射光入射光学芯片前的第一入射偏振状态、第一波长入射光在进行一阶微分运算时的第一拟合透射率曲线和第一波长入射光在进行二阶微分运算时的第二拟合透射率曲线，确定第一波长入射光出射光学芯片后的第一目标出射偏振状态。
[0094]
根据第二波长入射光的波长参数、第二波长入射光入射光学芯片前的第二入射偏振状态、第二波长入射光在进行三阶微分运算时的第三拟合透射率曲线和第二波长入射光在进行四阶微分运算时的第四拟合透射率曲线，确定第二波长入射光出射光学芯片后的第二目标出射偏振状态。
[0095]
根据第一波长入射光的波长参数、第一入射偏振状态、第一拟合透射率曲线、第二拟合透射率曲线、第一目标出射偏振状态、第二波长入射光的波长参数、第二入射偏振状态、第三拟合透射率曲线、第四拟合透射率曲线和第二目标出射偏振状态，确定光学芯片的目标透射率。
[0096]
根据本发明实施例，光学芯片结构参数包括：第一透射率膜的第一厚度、第一透射率膜的第一折射率、第二透射率膜的第二厚度、第二透射率膜的第二折射率、玻璃基底的第三厚度和玻璃基底的第三折射率。
[0097]
根据本发明实施例，根据目标透射率，通过转移矩阵理论，确定目标光学芯片结构参数包括：确定第一透射率膜的第一厚度、第一透射率膜的第一折射率、第二透射率膜的第二厚度、第二透射率膜的第二折射率、玻璃基底的第三厚度和玻璃基底的第三折射率，以便通过转移矩阵理论得到光学芯片的透射率，确定在得到的光学芯片的透射率与目标透射率差值最小的情况下的目标第一厚度、目标第一折射率、目标第二厚度、目标第二折射率、目标第三厚度和目标第三折射率。
[0098]
根据本发明实施例，入射光a在入射光学芯片8后，通过相邻的第一透射率膜3和第二透射率膜4时，在膜与膜的分界处可以进行透射和反射，相邻的第一透射率膜3第二透射率膜4之间存在光场的传递，通过相邻的第一透射率膜3和玻璃基底1，或者通过相邻的第二透射率膜4和玻璃基底1时同样可以进行透射和反射，透射率膜与透射率膜之间以及基底与透射率膜之间存在光场的传递。经过一系列的透射反射传递后，在已知入射光a的波长、入射偏振状态和入射光a进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算时对应的拟合透射率曲线的情况下，可以通过转移矩阵理论，得到入射光a对应的出射光b的
目标出射偏振状态，进而得到入射光a通过光学芯片8后的透射率，可以将这个入射光a通过光学芯片8后的透射率定义为拟合透射率曲线。
[0099]
根据本发明实施例，对于出射光b的目标出射偏振状态的获取，可以基于入射光a的波长参数、入射偏振状态、拟合透射率曲线计算得到。在得到出射光b的目标出射偏振状态的情况下，通过入射光a的波长参数、入射偏振状态、拟合透射率曲线和出射光b的目标出射偏振状态，确定拟合透射率曲线，再通过转移矩阵理论计算确定目标光学芯片结构参数。
[0100]
根据本发明实施例，在入射光a的入射偏振状态包括z方向的偏振分量和x方向的偏振分量且不包括y方向偏振分量的情况下，可以控制出射光b的目标出射偏振状态包括z方向的反方向的偏振分量和y方向的偏振分量且不包括x方向的偏振分量，进而确定拟合透射率曲线。还可以在入射光a的入射偏振状态包括z方向的偏振分量、x方向的偏振分量和包括y方向偏振分量的情况下，控制出射光b的目标出射偏振状态包括z方向的反方向的偏振分量、x方向的偏振分量和包括y方向偏振分量，进而确定拟合透射率曲线。
[0101]
根据本发明实施例，可以动态改变第一厚度、第一折射率、第二厚度、第二折射率、第三厚度和第三折射率，以及第一透射率膜3和第二透射率膜4的具体层数，以便通过转移矩阵理论得到光学芯片的透射率，在得到的光学芯片的透射率与目标透射率差值最小的情况下，确定对应的第一厚度、第一折射率、第二厚度、第二折射率、第三厚度和第三折射率为所需的目标光学芯片结构参数。
[0102]
根据本发明实施例，又一方面提供了一种基于光学芯片的多阶微分运算设备。
[0103]
图4示出了根据本发明实施例的多阶微分运算设备结构示意图。
[0104]
如图4所示，基于光学芯片的多阶微分运算设备400包括：获取模块410、入射光角度调整模块420、调制模块430、运算模块440和偏振态调整模块450。
[0105]
获取模块410，用于获取第一波长入射光和第二波长入射光。
[0106]
入射光角度调整模块420，用于调整第一波长入射光和第二波长入射光的角度，得到调整后的第一波长入射光和调整后的第二波长入射光。
[0107]
调制模块430，用于将需要进行多阶微分运算的信息调制到调整后的第一波长入射光和调整后的第二波长入射光上，得到与调整后的第一波长入射光相对应的第一调制光和调整后的第二波长入射光相对应的第二调制光。
[0108]
运算模块440，用于对调制光第一调制光和第二调制光进行多阶微分运算，得到包括多阶微分运算结果的第一出射光和第二出射光，其中，运算模块440包括光学芯片8。
[0109]
偏振态调整模块450，用于对第一波长入射光和第二波长入射光的偏振态进行调整，还用于对第一出射光和第二出射光的偏振态进行调整。
[0110]
根据本发明实施例，获取模块410可以用于解释外部设备生产的第一波长入射光和第二波长入射光，将第一波长入射光和第二波长入射光汇聚以便后续模块获得能量满足实际计算需要的第一波长入射光和第二波长入射光。
[0111]
根据本发明实施例，入射光角度调整模块420可以用于调整第一波长入射光和第二波长入射光入射到调制模块430时的入射角度以便满足一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算对角度的不同需求。
[0112]
根据本发明实施例，调制模块430可以用于将需要进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算的信息调制到第一波长入射光和第二波长入射光上。例
如，可以是控制第一波长入射光和第二波长入射光通过带有信息的样本靶，以便实现信息调制。例如，还可以是通过器件将信息直接调制到第一波长入射光和第二波长入射光的波形中。
[0113]
根据本发明实施例，偏振态调整模块450可以调节第一波长入射光和第二波长入射光的偏振态，以便消除第一波长入射光和第二波长入射光中不必要的能量，进而获得质量较高，成像清晰的一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算结果。
[0114]
图5示出了根据本发明另一实施例的多阶微分运算设备结构示意图。
[0115]
如图5所示，多阶微分运算设备400可以具体包括：起偏器5，其中，起偏器5为透振方向沿x方向的起偏器；聚焦物镜6；usaf标准分辨率靶7（united states air force resolution test chart，空军标准分辨率靶）；光学芯片8；收集物镜9；检偏器10，其中，检偏器10为透振方向沿y方向的检偏器；成像透镜11；探测器12。
[0116]
根据本发明实施例，经过起偏器5的第一波长入射光和第二波长入射光，可以消除第一波长入射光和第二波长入射光对应的y方向偏振分量，使第一波长入射光和第二波长入射光在只包括对应的z方向的偏振分量和对应的x方向的偏振分量的情况下，进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。经过检偏器10的第一波长出射光和第二波长出射光，可以消除第一波长出射光和第二波长出射光对应的x方向的偏振分量，使第一波长出射光和第二波长出射光在只包括对应的z方向的偏振分量和对应的y方向偏振分量的情况下，得到一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算结果。
[0117]
根据本发明实施例，起偏器5可以在光路中设置于聚焦物镜6前，以及检偏器10可以在光路中设置于探测器12前，通过透振方向正交的起偏器5和检偏器10，可以消除第一波长入射光和第二波长入射光的光场能量中不必要的直流分量，以便进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算时没有背景光影响微分运算结果，进而获得质量较高，成像清晰的一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算结果，使得使第一波长入射光和第二波长入射光的计算透射率曲线与拟合透射率曲线的拟合效果较好。
[0118]
根据本发明实施例，在经过起偏器5的近似为平行光束的第一波长入射光和第二波长入射光经过聚焦物镜6，汇聚到usaf标准分辨率靶7上，可以通过设置聚焦物镜6的参数，得到满足不同需求的径向角和方位角。
[0119]
图6示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场的实验结果图。
[0120]
如图6所示，携带usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场可以为三条实心纵向线，usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场还可以为如图6所示是示意图顺时针旋转90
°
后形成的三条实心横向线。
[0121]
根据本发明实施例，第一波长入射光和第二波长入射光通过usaf标准分辨率靶后，带有usaf标准分辨率靶的样品的振幅信息，对usaf标准分辨率靶的样品的振幅信息的光场进行微分运算可以使振幅变化的边缘位置被提取出来。由于usaf标准分辨率靶为振幅阶跃型样品，则经过微分运算后的图像边缘的边数代表了进行微分运算的阶数。
[0122]
根据本发明实施例，第一波长入射光和第二波长入射光通过usaf标准分辨率靶7后通过光学芯片8，对携带的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行一阶微分运算、二
阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。
[0123]
根据本发明实施例，通过光学芯片8完成微分运算，且经过检偏器10偏振态调整后的第一波长出射光和第二波长出射光通过成像透镜11后被探测器12接收，通过探测器12可以检测得到一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算结果。
[0124]
图7a示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行一阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
[0125]
如图7a所示，对usaf标准分辨率靶中的三条实心纵向线进行一阶微分运算后，在将进行一阶微分运算后的实心纵向线光场图像的内部进行镂空处理，得到一阶微分运算后的处理图像。对一阶微分运算后的处理图像进行如白虚线所示的边缘提取，可以得到一阶微分运算后对应的边缘强度截面示意图。
[0126]
图7b示出了根据本发明实施例的图7a对应的边缘强度截面示意图。
[0127]
如图7b所示，在一阶微分运算后的边缘强度截面中，出现1个光强突变的光强峰，即表示该实心纵向线光场进行了一阶微分运算。
[0128]
根据本发明实施例，例如，光强可以是进行归一化处理后的数据量。
[0129]
图7c示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行二阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
[0130]
如图7c所示，对usaf标准分辨率靶中的三条实心横向线进行二阶微分运算后，在将进行二阶微分运算后的实心横向线光场图像的内部进行镂空处理，得到二阶微分运算后的处理图像。对二阶微分运算后的处理图像进行如白虚线所示的边缘提取，可以得到二阶微分运算后对应的边缘强度截面示意图。
[0131]
图7d示出了根据本发明实施例的图7c对应的边缘强度截面示意图。
[0132]
如图7d所示，在二阶微分运算后的边缘强度截面中，出现2个光强突变的光强峰，即表示该实心纵向线光场进行了二阶微分运算。
[0133]
图7e示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行三阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
[0134]
如图7e所示，对usaf标准分辨率靶中的三条实心横向线进行三阶微分运算后，在将进行三阶微分运算后的实心横向线光场图像的内部进行镂空处理，得到三阶微分运算后的处理图像。对三阶微分运算后的处理图像进行如白虚线所示的边缘提取，可以得到三阶微分运算后对应的边缘强度截面示意图。
[0135]
图7f示出了根据本发明实施例的图7e对应的边缘强度截面示意图。
[0136]
如图7f所示，在三阶微分运算后的边缘强度截面中，出现3个光强突变的光强峰，即表示该实心纵向线光场进行了三阶微分运算。
[0137]
图7g示出了根据本发明实施例的usaf标准分辨率靶中的振幅信息的光场进行四阶微分运算后的处理图像的实验结果图。
[0138]
如图7g所示，对usaf标准分辨率靶中的四条实心横向线进行四阶微分运算后，在将进行四阶微分运算后的实心横向线光场图像的内部进行镂空处理，得到四阶微分运算后的处理图像。对四阶微分运算后的处理图像进行如白虚线所示的边缘提取，可以得到四阶微分运算后对应的边缘强度截面示意图。
[0139]
图7h示出了根据本发明实施例的图7g对应的边缘强度截面示意图。
[0140]
如图7h所示，在四阶微分运算后的边缘强度截面中，出现4个光强突变的光强峰，即表示该实心纵向线光场进行了四阶微分运算。
[0141]
根据本发明实施例，基于多阶微分运算设备结构包括的光学芯片8对入射光进行透射调制，通过改变光学芯片8的目标光学芯片结构参数，实现对入射光进行不同透射调制，以实现使入射光经调制实现一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。
[0142]
根据本发明实施例，相比于通过电子微分运算方法进行的微分运算，光学芯片为根据光场信息进行的光子运算，由于光传播速度远高于电子传播速度，以及光传播的热损耗远小于电子传播的热损耗，使得基于光学芯片实现的微分运算技术具有高处理速度和低功耗的特点。
[0143]
根据本发明实施例，相比于相关技术中只能进行单一微分运算的光学微分运算方法，基于光学芯片8可以同时进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算，应用更广泛。光学芯片8是利用多层膜结构的调制实现的多阶微分运算，光学芯片8本身不需要占用大量空间，可以实现运算器件小型化且配置用于辅助光学芯片8进行微分运算的其他光学元件的结构也比较简单，进而减小了基于光学芯片的多阶微分运算设备的整体体积，使得实际使用多阶微分运算设备时不需要占用大量空间。且光学芯片8的多层膜结构上没有表面微结构，制备工艺较简单，便于量化生产。
[0144]
根据本发明实施例，由于光束具有一点直径，且光学芯片8的接受面也存在实际尺寸，可以实现多束光同时进行一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算，实现并行运算，以满足实际需要的大运算量的需要。
[0145]
附图中的流程图和框图，示意性示出了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0146]
本领域技术人员可以理解，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本发明的范围。
[0147]
以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明本发明的目的、技术方案和有益效果，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本发明的范围，在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种实现多阶微分运算的光学芯片，其特征在于，包括：玻璃基底；设置于所述玻璃基底上的光子晶体膜结构，所述光子晶体膜结构包括：预设层数的透射率调制膜，其中，所述透射率调制膜包括第一透射率膜和第二透射率膜。2.如权利要求1所述的实现多阶微分运算的光学芯片，其特征在于，所述实现多阶微分运算的光学芯片配置为：在第一径向角和第一方位角满足第一预设条件的情况下，第一波长入射光通过所述光学芯片进行一阶微分运算；在所述第一径向角和所述第一方位角满足第二预设条件的情况下，所述第一波长入射光通过所述光学芯片进行二阶微分运算，其中，所述第一径向角为，所述第一波长入射光与所述第一波长入射光入射的所述光子晶体膜结构的表面所在的平面的法线之间的夹角；所述第一方位角为，所述第一波长入射光在所述平面中的投影所在直线与第一波长入射光在所述平面中的投影的偏振方向所在直线的夹角的余角。3.如权利要求2所述的实现多阶微分运算的光学芯片，其特征在于，所述实现多阶微分运算的光学芯片配置为：在第二径向角和第二方位角满足第三预设条件的情况下，第二波长入射光通过所述光学芯片进行三阶微分运算；在所述第二径向角和所述第二方位角满足第四预设条件的情况下，所述第二波长入射光通过所述光学芯片进行四阶微分运算，其中，所述第二径向角为，所述第二波长入射光与所述第二波长入射光入射的所述光子晶体膜结构的表面所在的平面的法线之间的夹角；所述第二方位角为，所述第二波长入射光在所述平面中的投影所在直线与所述第二波长入射光在所述平面中的投影的偏振方向所在直线的夹角的余角。4.如权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述光学芯片的基础透射率是根据所述玻璃基底的折射率、所述第一透射率膜的折射率和所述第二透射率膜的折射率得到的；基于配置为所述基础透射率的所述光学芯片，对所述第一波长入射光和所述第二波长入射光进行透射调制，实现所述一阶微分运算、所述二阶微分运算、所述三阶微分运算和所述四阶微分运算。5.如权利要求1所述的实现多阶微分运算的光学芯片，其特征在于，所述第一透射率膜的折射率分别大于所述第二透射率膜的折射率和所述玻璃基底的折射率，且所述第二透射率膜的折射率和所述玻璃基底的折射率相等，在与所述玻璃基底连接的所述光子晶体膜结构中，所述第一透射率膜一面接触所述玻璃基底，另一面接触所述第二透射率膜。6.如权利要求1所述的实现多阶微分运算的光学芯片，其特征在于：所述第一透射率膜的折射率分别大于所述第二透射率膜的折射率和所述玻璃基底的折射率，且所述第二透射率膜的折射率和所述玻璃基底的折射率不相等。
7.一种实现多阶微分运算的光学芯片的参数确定方法，其特征在于，包括：根据第一波长入射光、第二波长入射光、与所述第一波长入射光相对应的拟合透射率曲线和与所述第二波长入射光相对应的拟合透射率曲线，确定光学芯片的目标透射率；根据所述目标透射率，通过转移矩阵理论，确定目标光学芯片结构参数，以便制备所述光学芯片；其中，所述目标光学芯片结构参数包括：所述光学芯片结构参数包括：所述光学芯片的玻璃基底的目标第三厚度和所述玻璃基底的目标第三折射率；所述光学芯片的设置于所述玻璃基底上的光子晶体膜结构的透射率调制膜的第一透射率膜的目标第一厚度、所述第一透射率膜的目标第一折射率、所述光学芯片的设置于所述玻璃基底上的光子晶体膜结构的透射率调制膜的第二透射率膜的目标第二厚度、所述第二透射率膜的目标第二折射率。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据第一波长入射光、第二波长入射光、所述第一波长入射光进行微分运算对应的拟合透射率曲线和所述第二波长入射光进行微分运算对应的拟合透射率曲线，确定光学芯片的目标透射率包括：根据所述第一波长入射光的波长参数、所述第一波长入射光入射所述光学芯片前的第一入射偏振状态、所述第一波长入射光在进行一阶微分运算时的第一拟合透射率曲线和所述第一波长入射光在进行二阶微分运算时的第二拟合透射率曲线，确定所述第一波长入射光出射所述光学芯片后的第一目标出射偏振状态；根据所述第二波长入射光的波长参数、所述第二波长入射光入射所述光学芯片前的第二入射偏振状态、所述第二波长入射光在进行三阶微分运算时的第三拟合透射率曲线和所述第二波长入射光在进行四阶微分运算时的第四拟合透射率曲线，确定所述第二波长入射光出射所述光学芯片后的第二目标出射偏振状态；根据所述第一波长入射光的波长参数、所述第一入射偏振状态、所述第一拟合透射率曲线、所述第二拟合透射率曲线、所述第一目标出射偏振状态、所述第二波长入射光的波长参数、所述第二入射偏振状态、所述第三拟合透射率曲线、所述第四拟合透射率曲线和所述第二目标出射偏振状态，确定所述光学芯片的目标透射率。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标透射率，通过转移矩阵理论，确定目标光学芯片结构参数包括：确定所述第一透射率膜的第一厚度、所述第一透射率膜的第一折射率、所述第二透射率膜的第二厚度、所述第二透射率膜的第二折射率、所述玻璃基底的第三厚度和所述玻璃基底的第三折射率，以便通过所述转移矩阵理论得到所述光学芯片的透射率，确定在得到的所述光学芯片的透射率与所述目标透射率差值最小的情况下的所述目标第一厚度、所述目标第一折射率、所述目标第二厚度、所述目标第二折射率、所述目标第三厚度和所述目标第三折射率。10.一种基于实现多阶微分运算的光学芯片的多阶微分运算设备，其特征在于，包括：获取模块，用于获取第一波长入射光和第二波长入射光；入射光角度调整模块，用于调整所述第一波长入射光和所述第二波长入射光的角度，得到调整后的第一波长入射光和调整后的第二波长入射光；调制模块，用于将需要进行多阶微分运算的信息调制到所述调整后的第一波长入射光和所述调整后的第二波长入射光上，得到与所述调整后的第一波长入射光相对应的第一调
制光和所述调整后的第二波长入射光相对应的第二调制光；运算模块，用于对所述调制光第一调制光和所述第二调制光进行所述多阶微分运算，得到包括多阶微分运算结果的第一出射光和第二出射光，其中，所述运算模块包括如权利要求1-6中任一项所述的实现多阶微分运算的光学芯片；偏振态调整模块，用于对所述第一波长入射光和所述第二波长入射光的偏振态进行调整，还用于对所述第一出射光和所述第二出射光的偏振态进行调整。

技术总结

本发明提供了一种实现多阶微分运算的光学芯片、参数确定方法及运算设备。该实现多阶微分运算的光学芯片包括：玻璃基底；设置于玻璃基底上的光子晶体膜结构，光子晶体膜结构包括：预设层数的透射率调制膜，其中，透射率调制膜包括第一透射率膜和第二透射率膜。通过改变光学芯片的厚度和折射率，进而改变从不同角度入射光学芯片的入射光的透射率，以便对该入射光进行透射调制，实现该入射光包括的光场信息的一阶微分运算、二阶微分运算、三阶微分运算和四阶微分运算。本发明应用于光学模拟计算领域。域。域。