Microvision PicoP光器件微型化帶來的機(jī)遇

    如圖，單像素照相機(jī)背后利用了復(fù)雜的數(shù)學(xué)原理。圖像在進(jìn)入單像素檢測器前，首先經(jīng)過了一個(gè)由微透鏡陣列組成的、隨機(jī)生成的光柵，再聚焦到一個(gè)點(diǎn)采樣，相當(dāng)于得到一個(gè)原圖像的加權(quán)平均值。然后，變換一下隨機(jī)的光柵，再采樣一個(gè)值，依次下去......。有人可能會(huì)說，如果這么采上幾十萬次，理論上當(dāng)然能恢復(fù)原來的圖像了？！可一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)的結(jié)論是，對(duì)大多數(shù)日常的圖像，只要幾千個(gè)點(diǎn)就足夠恢復(fù)原來的圖像了。這是一個(gè)新的熱門研究領(lǐng)域Compressed Sensing的研究結(jié)論。
 
    介紹完單光線掃描和單像素照相，我們的話題才真正開始了。這兩項(xiàng)技術(shù)的共同點(diǎn)是什么呢？是我們都看到光和微鏡MEMS？其實(shí)背后更重要的一個(gè)技術(shù)趨勢是對(duì)光線的精細(xì)控制和處理。傳統(tǒng)的光學(xué)器件給人的印象都是大塊頭，如燈泡、棱鏡、透鏡等等，和我們崇尚微型化和集成理念的計(jì)算機(jī)行業(yè)距離太遙遠(yuǎn)。真正和計(jì)算機(jī)相關(guān)的似乎只有能替代一段電纜傳輸?shù)墓饫w。但是，現(xiàn)在光器件微型化的腳步正悄悄走來，無論是光源、波導(dǎo)還是鏡片等光器件微型化的技術(shù)近年來都獲得飛速的發(fā)展。光器件微型化，結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)的處理能力能給我們帶來什么新的變化呢？

    以往光信號(hào)在信息處理中，基本上只用到了光路傳輸這一基本特性，甚至連電信號(hào)傳輸中常見的波形控制到了光信號(hào)中也只剩下開和關(guān)絕對(duì)0和1的世界了。光的很多特性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未被挖掘出來。翻開物理教科書可見的折射、干涉、衍射、偏振等等以前離我們還遙遠(yuǎn)的光特性，已經(jīng)開始走入了與計(jì)算機(jī)處理相結(jié)合的領(lǐng)域。

    電影《星球大戰(zhàn)》里面出現(xiàn)的三維全息影像，其想象的基礎(chǔ)就是光干涉的全息原理。那看得見摸不著的三維影像也許離我們就不遠(yuǎn)了。英國的一家Light Blue Optic公司正在利用LCOS（類似LCD）和相干激光全息技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種微型投影儀PVPro，其產(chǎn)品與Microvison有一拼。

    美國的LightFleet公司去年推出的corowave全廣播光交換機(jī)，利用的是光的散射和空間不相干的特性：通過光散射實(shí)現(xiàn)廣播，通過對(duì)焦實(shí)現(xiàn)特定光信號(hào)的接收。理論上，它可以解決電交換里面All-to-All數(shù)據(jù)交換的難題。雖然自由空間交換的概念早就提出過，但這次是以一種Startup公司產(chǎn)品的形式出現(xiàn)了。

    更早些的2003年，以色列的lenslet公司曾利用光透過光柵的卷積原理實(shí)現(xiàn)每秒8萬億次FFT運(yùn)算的光處理器。設(shè)想一下，如果我們利用計(jì)算機(jī)控制中間的光柵動(dòng)態(tài)變化，能變換出多少種應(yīng)用出來？雖然現(xiàn)在這個(gè)公司好像已經(jīng)從人間蒸發(fā)了，但這條技術(shù)路線隨著光器件的微型化一定會(huì)越走越寬。

    光器件微型化的腳步還在繼續(xù)深入著。最后讓我們以一個(gè)新的研究結(jié)果來結(jié)束本文。圖7來自IBM的硅納米光研究小組。他們從2002年開始研究硅納米光技術(shù)，取得了一系列成果，包括1μm的SOI光波導(dǎo)、5μm半徑90°轉(zhuǎn)彎波導(dǎo)、0.7db微分光器，慢光控制技術(shù)以及2007年底發(fā)布的100μm硅光調(diào)制器等。此圖是他們?cè)O(shè)想的芯片內(nèi)的全光交換。2008年3月他們剛剛發(fā)布了最新的μm級(jí)光開關(guān)。

    集成電路微型化，也就是摩爾定律的40多年給世界帶來的巨大的變化。光器件的微型化會(huì)帶來什么? 我們拭目以待。