近日，上海理工大学智能科技学院格致创新班本科生应卓潮、谭邦鑫以共同第一作者身份，在美国光学学会旗舰期刊《Optica》（中科院一区）发表最新研究成果。论文题为“基于集成纳米打印衍射神经网络的按需全息VCSEL”（“On-demand holographic VCSELs with integrated nanoprinted diffractive neural networks”）。该成果源自格致创新班突破性设立的“大项目制课程”，是学院牵头推进工业智能领域人才培养，探索“早进团队、早进课题、早进平台”培养理念的生动实践，体现了格致创新班在创新课程建设和学生深度参与科学研究方面取得的建设成效。论文由智能科技学院本科生学术导师董毅博副研究员指导完成，栾海涛副研究员给予了深度指导。
全息技术可以精准调控光线的方向、亮度和光学状态，可实现立体成像、光束塑形等功能，在光学显示、光通信、光学计算等前沿领域应用前景广阔。VCSEL是一种小型、低功耗、高速、易集成的微型激光器，是制作芯片级全息发光器件的理想核心部件。但传统全息VCSEL的理论设计和实际效果存在偏差，传统设计普遍基于理性光源假设，忽略了真实VCSEL的发光特点，导致难以实际应用。
针对该难题，研究团队创新提出结合器件真实物理特性的衍射神经网络逆向设计方法。研究团队先实测VCSEL在工作电流下真实光场分布，构建了弱波导光纤模型校准拟合，将真实发光数据融入神经网络训练，让全息结构设计贴合器件实际工作状态。同时利用高精度双光子纳米打印技术，直接在VCSEL表面制备全息功能层，成功研制出一体化微型全息激光阵列。实验中，该器件成功高质量投射全息图像，实现了显示和数据分发等功能。该研究的创新之处在于，不仅将VCSEL的真实发光特性纳入设计模型，开发了基于衍射神经网络的通用全息VCSEL设计算法，还实现了全息衍射层与VCSEL器件的单片集成，为芯片级主动全息发射器提供了一种新的设计思路和制备方案，在片上超短距光通信、微型显示和集成光学系统等方向展现出良好应用前景。
论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.587491
原理图：衍射层设计流程与飞秒激光3D纳米打印过程
