光电微波合成器——频率可调性与低相位噪声的结合 学术背景 在现代通信、导航和雷达系统中，频率可调且低噪声的微波源是至关重要的。传统的电子微波合成器虽然能够提供频率可调性，但其相位噪声较高，限制了其在精密应用中的使用。相比之下，基于光子学的微波合成器利用高光谱纯度激光和光学频率梳，能够生成极低相位噪声的微波信号。然而，光子学方法通常缺乏频率可调性，并且系统体积大、功耗高，限制了其广泛应用。 为了解决这些问题，本文提出了一种混合光电方法，结合了简化的光学频率分割（Optical Frequency Division, OFD）和直接数字合成（Direct Digital Synthesis, DDS）技术，生成了在整个X波段（8-12 GHz）内可调的低相位噪声微波信号。该研究不仅解决了传统光子...

探讨“声泡”与未来耳戴式设备：基于实时神经网络的创新研究 在日常生活中，噪声和复杂音景 (Acoustic Scene) 经常造成话语难以辨别，特别是在拥挤的环境中，例如餐厅、会议室或飞机上。传统的降噪耳机虽然能在一定程度上抑制环境噪声，但无法区分音源的距离，亦无法根据特定音源的空间位置精准塑造声场。基于此背景，来自华盛顿大学Paul G. Allen计算机科学与工程学院、微软以及AssemblyAI的团队开展了一项重要研究。他们开发了一套能够创建“声泡”（Sound Bubbles）的智能耳戴式设备，借助多通道麦克风阵列及实时嵌入式神经网络，解决了上述困境。本文发表在《Nature Electronics》2024年11月期，展示了这项研究在听觉增强领域的重要突破和技术实现。 技术背景与科...

学术背景与问题提出 在计量学领域，量子霍尔效应（Quantum Hall Effect, QHE）和约瑟夫森效应（Josephson Effect）分别提供了电阻（欧姆）和电压（伏特）的量子标准。然而，传统的量子霍尔电阻标准（Quantum Hall Resistance Standards, QHRs）依赖于强磁场（通常需要超导磁体产生10特斯拉以上的磁场），这限制了其在实际应用中的便利性，尤其是在与约瑟夫森电压标准（Josephson Voltage Standards, JVS）结合时，因为JVS在磁场中无法正常工作。因此，如何在零外磁场下实现高精度的电阻量子标准成为了一个重要的研究方向。 量子反常霍尔效应（Quantum Anomalous Hall Effect, QAHE）的发现...

基于多光晶体管-单忆阻器阵列的可重构传感器内处理：一种融合机器学习与类脑神经网络的新型视觉计算平台 学术背景及问题提出 人工视觉系统作为智能边缘计算的重要组成部分，长期以来受到传统基于CMOS（互补金属氧化物半导体）技术与冯·诺依曼架构的限制。这类系统的图像处理效率受制于独立的图像传感器、存储模块以及处理器之间的物理分离。这种分离导致大量数据冗余和信号处理延迟，增加了电路复杂性和功耗问题，限制了实时处理能力。在自然环境中，传统视觉系统需要完成从信号捕获到图像处理的一系列繁杂过程，但其效率有限。 近年来，传感器内计算（in-sensor computing）这一融合感知与计算的新型架构，由于其具备内存计算（in-memory computing）和神经形态特性，逐渐受到关注。在此领域，光学神经...

基于光电偏振特征向量的片上全斯托克斯偏振计研究 学术背景 光的偏振态在光学通信、生物医学诊断、遥感、宇宙学等多个领域中具有重要的应用价值。斯托克斯矢量（Stokes vector）是描述光偏振态的四个参数，能够完整地反映光的强度和偏振状态。传统的偏振计通常依赖于离散的光学元件，如棱镜、透镜、滤波器和波片等，这些元件体积庞大，限制了偏振计的小型化和广泛应用。近年来，随着纳米光子学和超表面（metasurface）技术的发展，研究人员开始探索基于超表面的紧凑型偏振计。然而，现有的超表面偏振计在红外波段的应用中面临诸多挑战，如像素对齐问题、光学串扰以及红外吸收等。 为了解决这些问题，本文提出了一种基于光电偏振特征向量（optoelectronic polarization eigenvector,...