数位光学及其对光通讯产业的影响

7/17/2019， 光纤在线讯，台湾光电产业社会教育的龙头与尖兵（孙教授语），台湾光电产业协进会PIDA今天在桃园县中央大学国鼎光电大楼116教室举办一天的“光学新世代科技：数位光学”的研讨会，邀请中央大学，台湾交通大学，逢甲大学，台北科技大学六位教授讲课，围绕数位光学原理及应用展开培训，编辑和近百位来自台湾产学研各届代表聆听了讲座。



第一次听到数位光学的名词是上次拜访来台湾PIDA听PIDA和和莲光电董事长邰董介绍，他称这是一项颠覆传统光学的革命性技术。正是听到邰董的介绍才促使编辑飞到台湾来上这一课，一天下来，不虚此行，获益匪浅，以下是一些粗浅的认识，和行业朋友分享。

什么是数位光学？逢甲大学刘荣平教授给出的定义是：“但凡利用量测的多样性去克服传统光学系统先天的限制，或利用预知系统特性去优化系统，或获取高维度的光信息，都称作数位光学或者计算光学。”简单一点，中央大学孙庆成教授给出更简洁的描述：“操纵波前（相同光路径长度OPL的点构成的面）的数字方案”。他还应用佛经中的“色不异空，空不异色，色即是空，空既是色”来阐述光学领域频谱域和空间域的关系。过往，人们利用的只是光的强度信号，基本没有利用相位信息。新的数位光学，实际上是更多利用了光信号的相位信息。其实现实中全息成像，相干光通信都是利用光相位信息的案例，数位光学技术有望更多利用光的相位信息。

数位光学技术背后的理论依据是什么？来自台湾交通大学的田仲豪教授为学员普及了傅里叶光学的基本原理和在数位光学中的应用。理工科的人对信号系统中的傅里叶变换都不会陌生。在光学领域的傅里叶光学讲述的是把光从空间域向频域的变换。编辑当年做研究生时研究激光器和光纤耦合的时候就接触过傅里叶光学，研究光信号在空间和透镜系统的传播，衍射，都离不开傅里叶光学。

靠什么去实现光学领域的傅里叶变换？台北科技大学的徐巍峰教授介绍了自己对衍射光学元件DOE以及空间光波调制器SLM的研究。光学系统中的透镜就是傅里叶变换的工具，但是要想实现对光信号更精确的控制，要依靠DOE，这是一种基于特殊设计采用特殊工艺（比如LCoS）制作的元件，代表性产品如和莲光电的SLM。

数位光学技术有什么用？你看过苹果iWatch和混合现实MR眼镜公司Magic Leap的宣传片吗？孙教授告诉我们，不带眼镜想实现人眼3D是违反基本物理原理的，即便苹果公司也感觉开发起来极端困难。但是借助数位光学技术，宣传片中一些未来的景象，比如投影键盘等都是可以做到的。更现实一点，借助数位光学技术，可以实现更好的全息显示技术，衍射投影，光刻投影技术等。在研讨会现场，和莲光电展示了他们的SLM产品和在3D投影，深度成像领域的应用。

数位光学和我们光通信业者有什么关系？在和莲光电的宣传板上还声称他们开发了现场可编程的光阵列芯片FPOA，替代传统棱镜的数位光学产品。这些产品让编辑想到，或许有一天，今天光器件中采用的滤波片，透镜等产品都可以基于数位光学更好实现，甚至相干通信领域的DSP芯片能否在光域实现呢。和莲光电的蔡君伟先生还告诉编辑，他们在光通信领域正在和多家领先光通信公司探讨数位光学在WSS领域的应用。不仅在光通信领域，最后一位演讲者，逢甲大学的余业纬助理教授还介绍了基于多模光纤和数位光学共轭成像技术的医疗内窥镜技术。

数位光学技术是一项全新的领域，正在吸引越来越多的研究者进入。这项技术所展现的广泛的应用前景值得光通信和所有光电业者高度关注。用中央大学孙庆成教授的话，现在不去了解这一技术，您就落后我们十年了。更不用说落后国外的先进业者。