金國藩:回國后顧不得休整,要抓緊時間和工廠聯系,尋找結合點。得知218廠(現中國兵器集團工業有限公司)有一項非球面檢測任務,正好可以運用計算全息技術解決。我帶著碩士研究生虞祖良多次下廠落實,指導他的工作。這是另一種全息干涉圖,與以前的全然不同,從數學建模到程序設計,從建實驗裝置到實際檢測。經過一年努力,圓滿完成了任務,虞祖良為218廠做了一臺利用計算全息檢測光學透鏡的儀器。
另外,上海光學儀器廠生產光譜儀,制造凹面光柵一直沿用國外的傳統方法,但精度不理想。凹面光柵是光譜儀中的核心元件,要提高光柵精度,只有對有關加工設備提出苛刻要求,國內無法滿足。經過我們的認真分析,凹面光柵加工的難點正是計算全息能發揮獨到之處,可以利用計算全息消除像散等象差,這是一個獨創。所以,我們與上海光學儀器廠一起研制了“利用計算全息制作凹面光柵的方法”, 這個項目與計算全息用于綜合孔徑雷達研究等其它成果一起,獲得了1992年國家教委科技進步二等獎。并且,虞祖良和我一起寫了《計算機制全息圖》,是國內第一本此類專業書籍。
我們具有設計與制作計算全息元件的豐富經驗,開展二元光學的研究已是順理成章的事了。設計多位相菲涅耳透鏡陣列時,按常規,在焦點處會得到與透鏡數目相同的光斑。但是我們注意到,透鏡陣列可以看成是周期性物體,除了本身的聚焦特性之外,還具有Talbot及分數Talbot效應,這可能是產生光斑倍增現象的基礎。我們從物面到像面,倒過來從像面到物面,反復進行理論研究,最后發現,可以利用較少的透鏡陣列得到更多的光斑數。這一下子闖出了一條新的設計路。
二元光學它完全建立在衍射光學的基礎上,并可以通過微電子加工工藝制作光學元件。我請了麻省理工學院威爾德坎普(Veldkamp)教授來講學。我們還研制出非接觸式,分辨率達λ/120,重復精度2 nm的二元光學器件刻蝕深度精密檢測儀,組里嚴瑛白教授率先做出光束分束器——達曼光柵,做出 5×5、25×25 寸分束器、微光學透鏡陣列、光束整形器、濾波器等元件,獲得國家科技進步三等獎,還寫了全國第一本《二元光學》。二元光學的應用范圍到現在仍然廣泛,比如自動駕駛,使用一束多點光打到某個地方反射回來,就能知道前方有什么物體。
鄔敏賢教授那時是我們黨支部書記,對自己嚴格要求,在業務上認真鉆研,工作細致,在她帶領下我們開展了“計算全息檢測非球面光學元件”“文字圖像的編碼與解碼”“電子束計算全息”“醫學圖像處理”“光柵法光譜成像”等研究。也是她建議并率先領導我們開展“二元光學”研究。
張志剛:目前光計算或者光模擬正成為研究熱點,您對這方面的研究有什么評論?
金國藩:也有人認為,我國電子計算機還是跟在別人后面,搞光計算機談何容易。我認識到光計算是光學信息處理的最高水平綜合體現,具有很強的帶動性,應該盡早開展研究。
對“光計算”我認為光的特點是并行性高、光速快、不受外界電磁場的影響。但目前空間光調制器轉換速度還不夠快,再加之計算后的精度不夠高,因此仍不能和數字計算機在靈活性、精度上比擬。但是我總感到將光學處理與數字計算相結合是一個很有前景的方向。為此我們作了景象匹配器,就是想先由光學相關器作粗匹配,后用計算機去作精匹配,因此得到很好的結果。
在作光計算項目中,很需要發揮光的并行性,可以將光計算的天然的多通道并行處理優勢用于計算機圖像處理中,構建硬件系統。我們課題組相繼開展了光學并行處理器件、光學神經網絡,光學子波變換、聯合變換相關器以及光學形態學數字圖像處理等方面的研究,提出了改進型二值圖像代數MBIA的基本理論,構建了硬件系統——雙通道光學形態學實時處理器; 提出了采用空間互補編碼方法和相干光相關器來一步實現二值形態變換等等。這些成果得到了國內外一些單位的重視和關注。
國家“863計劃”啟動時,其中設置的光計算項目,我是第一個獲得了該項目。因為我是第一個到國外學習過此內容的,但是這方面我們沒有做出太突出的成績,因為器件性能跟不上。光計算最需要的是器件,但器件老是跟不上。一般來說,用超材料去做計算,我覺得不太好做。我覺得量子計算是有前景的。
張志剛:您也做過光存儲相關研究,例如日本原來在這個領域投入很大,包括磁光存儲,本來都已經商品化了,可現在都放棄了。您覺得這個方向還有前途嗎?