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Laplace metasurfaces for optical analog computing based on quasi-bound states in the continuum

拉普拉斯变换 各向同性 拉普拉斯逆变换 双边拉普拉斯变换 传递函数 三元Laplace方程的Green函数 拉普拉斯方程 物理 光学 波长 计算机科学 数学分析 数学 傅里叶变换 偏微分方程 量子力学 傅里叶分析 电气工程 分数阶傅立叶变换 工程类
作者
Danping Pan,Lei Wan,Min Ouyang,Wei Zhang,А. А. Потапов,Weiping Liu,Zixian Liang,Tianhua Feng,Zhaohui Li
出处
期刊:Photonics Research [Optica Publishing Group]
卷期号:9 (9): 1758-1758 被引量:71
标识
DOI:10.1364/prj.426827
摘要

Laplace operation, the isotropic second-order differentiation, on spatial functions is an essential mathematical calculation in most physical equations and signal processing. Realizing the Laplace operation in a manner of optical analog computing has recently attracted attention, but a compact device with a high spatial resolution is still elusive. Here, we introduce a Laplace metasurface that can perform the Laplace operation for incident light-field patterns. By exciting the quasi-bound state in the continuum, an optical transfer function for nearly perfect isotropic second-order differentiation has been obtained with a spatial resolution of wavelength scale. Such a Laplace metasurface has been numerically validated with both 1D and 2D spatial functions, and the results agree well with that of the ideal Laplace operation. In addition, the edge detection of a concerned object in an image has been demonstrated with the Laplace metasurface. Our results pave the way to the applications of metasurfaces in optical analog computing and image processing.

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