利用電子編碼和衍射解碼通過隨機未知擴散體進行光信息傳輸

在自由空間中傳輸大帶寬、高容量傳輸?shù)墓庑畔⒃谶b感、水下通信和醫(yī)療設(shè)備等各種應(yīng)用中得到了廣泛關(guān)注。然而，光路中不可預(yù)測的、未知的相位擾動或隨機擴散體帶來了巨大的挑戰(zhàn)，限制了自由空間中光學(xué)數(shù)據(jù)的高保真?zhèn)鬏敗Ｗ赃m應(yīng)光學(xué)提出了一種潛在的解決方案，可以動態(tài)地校正隨機失真，但采用的空間光調(diào)制器和迭代反饋算法不可避免地增加了成本和復(fù)雜性。

加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)電氣與計算機工程系A(chǔ)ydogan Ozcan教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，最近在《先進光子學(xué)》上發(fā)表了一項新解決方案。這種新方法使用電子編碼和衍射光學(xué)解碼，通過隨機未知擴散體高保真地傳輸光學(xué)信息。文章標題為“使用電子編碼和衍射解碼通過隨機未知擴散體傳輸光學(xué)信息”。

該混合模型通過監(jiān)督學(xué)習(xí)進行訓(xùn)練，將基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的電子編碼器與物理制備的協(xié)同優(yōu)化的透射無源衍射層結(jié)合起來。經(jīng)過一次聯(lián)合訓(xùn)練過程后，所得到的混合模型即使在未知相位擴散器的情況下也能準確地傳輸感興趣的光學(xué)信息，成功地概括了通過看不見的隨機擴散器傳遞信息。

這種新方法顯著優(yōu)于僅利用衍射光學(xué)網(wǎng)絡(luò)或電子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過擴散隨機介質(zhì)進行光學(xué)信息傳輸?shù)南到y(tǒng)，突顯了電子編碼器和衍射解碼器共同工作的重要性。

利用在電磁頻譜的太赫茲部分運行的3D打印衍射網(wǎng)絡(luò)，驗證了該混合電子光學(xué)模型的概念實驗證明和可行性。混合模型的光解碼器可以在物理上縮放——擴展或收縮——以跨電磁頻譜的不同部分運行，無需重新訓(xùn)練其衍射特征。

加州大學(xué)洛杉磯分校的研究團隊認為，這種框架將為各種應(yīng)用提供低功率和緊湊的替代方案，例如植入式系統(tǒng)中生物醫(yī)學(xué)傳感和成像數(shù)據(jù)的傳輸、水下光學(xué)通信，以及通過湍流大氣條件的數(shù)據(jù)傳輸。

審核編輯 黃宇