Универсальные линейные преобразования интенсивности с использованием пространственно некогерентных дифракционных процессоров.
Предоставлено: Ozcan Lab @ UCLA

Обработка информации светом вызывает все больший интерес у исследователей оптики и фотоники. Помимо поиска энергоэффективной и быстрой альтернативы электронным вычислениям для будущих вычислительных потребностей, этот интерес также обусловлен новыми технологиями, такими как автономные транспортные средства, где сверхбыстрая обработка природных сцен имеет первостепенное значение. Поскольку условия естественного освещения в основном связаны с пространственно некогерентным светом, обработка визуальной информации в условиях некогерентного света имеет решающее значение для различных приложений обработки изображений и датчиков. Кроме того, современные методы микроскопии для получения изображений с высоким разрешением в микро- и наномасштабе также зависят от пространственно некогерентных процессов, таких как флуоресцентное излучение образцов.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа исследователей под руководством профессора Айдогана Оздана с факультета электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), США, разработала методы проектирования полностью оптические универсальные линейные процессоры пространственно-некогерентного света. Такие процессоры содержат набор структурно спроектированных поверхностей и используют последовательную дифракцию света на этих структурированных поверхностях для выполнения желаемого линейного преобразования входного светового поля без использования внешних цифровых вычислительных мощностей.

Исследователи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе сообщили о методах проектирования, основанных на глубоком обучении, для выполнения любого произвольного линейного преобразования с использованием оптической интенсивности пространственно некогерентного света. Эти дифракционные оптические процессоры, однажды изготовленные с использованием, например, методов литографии или 3D-печати, могут выполнять произвольно выбранное линейное преобразование для любого входного шаблона интенсивности света, точно выявляя на выходе правильный шаблон, соответствующий желаемой изученной функции. Исследователи также продемонстрировали, что, используя пространственно некогерентный широкополосный свет, можно одновременно выполнять несколько преобразований линейной интенсивности, при этом каждой длине волны пространственно некогерентного освещения назначается уникальное преобразование.

Эти результаты имеют широкое применение во многих областях, включая полностью оптическую обработку информации и визуальные вычисления с пространственно и временно некогерентным светом, который встречается в естественных сценах. Кроме того, эта структура обладает значительным потенциалом для приложений в вычислительной микроскопии и некогерентной визуализации с пространственно изменяющимися техническими функциями рассеяния точек (PSF).

Авторами этой работы являются доктор медицинских наук Садман Сакиб Рахман, Силин Ян, Цзинси Ли, Биджи Бай и Айдоган Озджан из инженерной школы Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.