皇冠物理学系阮智超教授课题组“空间微分器——亚波长厚度全光模拟运算”研究成果，入选“2017年度中国光学十大进展——应用研究类”。该奖项每年颁发一次，参选的百名候选者来自于北京大学、清华大学、上海交通大学及中科院等多个著名研究机构，在基础研究和应用研究中分别选择10篇代表国内光学领域最重要的前沿研究成果授奖。

中国光学十大进展-颁奖嘉宾和获奖者合影

    近年来，利用微纳结构实现光学模拟运算吸引了大批学者的兴趣和关注。由于这些微纳结构的设计通常极其复杂，所以在实验上精确地制备这些器件并以之实现光学模拟运算存在非常大的难度。

    物理学系阮智超教授课题组与光电学院仇�、叶辉教授，美国斯坦福大学Shanhui Fan教授合作，突破传统思路，通过构建空间耦合模理论，设计并在实验上实现了一种基于金属表面等离激元的空间光场微分器，能够在光的反射过程中，实时地对光场的空间分布进行微分模拟运算。该全光微分器采用最简单的表面等离激元结构，易于制备及大规模生产，器件厚度仅十分之一波长，达到亚波长级别。模拟运算精度达到94%以上。

(a)基于表面等离激元的空间光微分器示意图。(b)(c)利用微分器对图像实现全光学的超快速边界检测。Nature Communications 8, 15391 (2017)

    该技术为光信息处理提供了一种全新方法，课题组提出了利用该微分器实现超快速并行图像处理，实时边界检测和判断边界方向，最小空间分辨率达到7微米。在高速、大通量图像处理（卫星和医学图像）、并行计算等领域有重要的应用，并有望用于光学神经网络、高速模式识别等人工智能领域。

研究成果发表在Nature Communications [8, 15391 (2017)]上，并入选 “2017中国光学十大进展-应用研究类”。

    论文链接：https://www.nature.com/articles/ncomms15391