Высокий

Гибридная система электронного кодирования и дифракционного оптического декодирования передает оптическую информацию через случайные, неизвестные рассеиватели с высокой точностью.

SPIE — Международное общество оптики и фотоники.

изображение: Оптическая передача информации через случайные неизвестные рассеиватели с использованием электронного кодирования и дифракционного декодирования. (а) Рабочий процесс гибридной электронно-оптической модели: электронная нейронная сеть кодирует входные объекты в двумерные фазовые структуры, а полностью оптическая дифракционная нейронная сеть декодирует информацию, передаваемую через случайные, неизвестные фазовые диффузоры. (б) Фотография напечатанного на 3D-принтере дифракционного декодера, работающего в ТГц части спектра. (в) Экспериментальные результаты передачи оптической информации через неизвестный диффузор случайной фазы с использованием 3D-печатного дифракционного декодера с электронным кодированием.посмотреть больше

Фото: Ли и др., doi 10.1117/1.AP.5.4.046009.

Передача оптической информации в свободном пространстве с большой пропускной способностью и высокой пропускной способностью привлекла значительное внимание в различных приложениях, таких как дистанционное зондирование, подводная связь и медицинские устройства. Тем не менее, непредсказуемые, неизвестные фазовые возмущения или случайные рассеиватели на оптическом пути создают большие проблемы, ограничивая высокоточную передачу оптических данных в свободном пространстве. Адаптивная оптика представляет собой потенциальное решение, которое может динамически корректировать случайные искажения; однако используемые пространственные модуляторы света и алгоритмы итеративной обратной связи неизбежно увеличивают как стоимость, так и сложность.

Группа исследователей под руководством профессора Айдогана Озджана из факультета электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) представила новое решение, недавно опубликованное в журнале Advanced Photonics. Этот новый подход использует электронное кодирование и дифракционное оптическое декодирование для передачи оптической информации через случайные неизвестные рассеиватели с высокой точностью. Эта гибридная модель, обученная посредством контролируемого обучения, включает в себя электронный кодер на основе сверточной нейронной сети (CNN), а также совместно оптимизированные пропускающие пассивные дифракционные слои, которые изготавливаются физически. После этого однократного совместного процесса обучения полученная гибридная модель может точно передавать интересующую оптическую информацию даже при наличии неизвестных фазовых диффузоров, успешно обобщая передачу информации через невидимые случайные диффузоры. Этот новый подход значительно превосходит системы, которые используют только дифракционную оптическую сеть или электронную нейронную сеть для передачи оптической информации через диффузионные случайные среды, что подчеркивает важность наличия как электронного кодера, так и дифракционного декодера, которые работают вместе.

Экспериментальное подтверждение концепции и осуществимость этой гибридной электронно-оптической модели были подтверждены с использованием напечатанной на 3D-принтере дифракционной сети, работающей в терагерцовой части электромагнитного спектра. Оптический декодер гибридной модели можно физически масштабировать — расширять или уменьшать — для работы в разных частях электромагнитного спектра, что устраняет необходимость переобучения его дифракционных характеристик.

Исследовательская группа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе считает, что эта система обеспечит маломощную и компактную альтернативу для различных приложений, таких как передача данных биомедицинского зондирования и визуализации в имплантируемых системах, подводная оптическая связь и передача данных в турбулентных атмосферных условиях.

Подробности об этом продвижении можно прочитать в статье Ли и др. «Оптическая передача информации через случайные неизвестные рассеиватели с использованием электронного кодирования и дифракционного декодирования», опубликованной в Gold Open Access. Фотон.4(4) 046009 (2023), два 10.1117/1.АП.5.4.046009.

Продвинутая фотоника

10.1117/1.АП.5.4.046009

Оптическая передача информации через случайные неизвестные рассеиватели с использованием электронного кодирования и дифракционного декодирования.