Optiske fibre er grundlæggende komponenter inden for moderne videnskab og teknologi på grund af deres iboende fordele, hvilket giver et effektivt og sikkert medium til applikationer såsom internetkommunikation og big data transmission. Sammenlignet med enkelt-mode fibre (SMF’er) kan multimode-fibre (MMFF’er) understøtte et meget større antal guidede tilstande (~ 103 til ~ 104), der tilbyder den attraktive fordel ved information med høj kapacitet og billedtransport inden for et hårdiameter. Denne kapacitet har placeret MMF’er som et kritisk værktøj inden for felter som kvanteinformation og mikroendoskopi.
Imidlertid udgør MMFS en betydelig udfordring: deres meget spredende natur indfører alvorlig modal spredning under transmission, hvilket væsentligt forringer kvaliteten af transmitteret information. Eksisterende teknologier, såsom kunstige neurale netværk (ANN’er) og rumlige lysmodulatorer (SLM’er), har opnået begrænset succes med at rekonstruere forvrængede billeder efter MMF -transmission. På trods af disse fremskridt har den direkte optiske transmission af uforvrængede billeder gennem MMF’er ved hjælp af mikronskala integrerede optiske komponenter forblevet et undvigende mål i optisk forskning.
Resultatteamet ledet af prof. Qiming Zhang og lektor Haoyi Yu fra School of Artifice Intelligence Science and Tech, ledet af prof. Qiming Zhang og lektor Haoyi Yu fra School of Artifical Intelligence Science (Saist) ved University of Shanghai for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for Science for videnskab og teknologi (USST) har introduceret en banebrydende løsning. Undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Naturfotonik.
Holdet med succes integreret miniaturiserede flerlags optiske diffraktive neurale netværk (DN2s) på den distale ende af MMFS, hvilket muliggør fuldoptisk billedtransmission. Betragtes som en ONN, fri plads diffraktive neurale netværk (DN2S), er blevet foreslået som mere effektive ANN -fremgangsmåder baseret på dyb læring til direkte at behandle den optiske matrixmultiplikation med lysets hastighed og realisere det høje antal tilslutningsmuligheder i ANN’er, såsom optisk billedklassificering, dekryptering og fasedetektion.
I dette arbejde anvendte forskerne 3D Galvo-scanning af to-foton nanolitografisk (GS-TPN) fabrikationsmetode til at integrere en miniaturiseret DN2S med et fodaftryk på 150 μm med 150 μm ved den distale facet af en kommerciel 0,35 meter lang MMF. Betjening inden for det synlige bølgelængdeområde, den fiberintegrerede miniaturiserede DN2S baseret på flerlags diffraktive elementer udledte optisk amplitude og faseinformation af speckle -mønstre, opnå billedopbygning og transmission direkte gennem den optiske fiber.
Systemet demonstrerede enestående ydeevne i billeddannelsescifrede, der opnåede en minimum billedopbygningsfunktionsstørrelse på ca. 4,90 μm for realtidsindgangsbilleder på 65 μm med 65 μm, med en gennemsnitlig optisk intensitetskontrast på ca. 4% og en diffraktionseffektivitet af omkring 35% pr. Lag. Desuden demonstrerer platformen en overførselsindlæringskarakteristik.
Ved transmission af 31 HeLa-cellebilleder, der ikke er inkluderet i træningsdatasættet, opretholdt systemet optisk opbygning af høj kvalitet, hvilket understregede potentialet ved at integrere miniaturiserede DN²’er med MMF’er som en hidtil uset mikronskala optisk inferensplatform. Denne innovation baner vejen for multifunktionelle kompakte fotoniske systemer.
Denne undersøgelse opnåede med succes direkte optisk billedtransmission gennem MMF’er ved at integrere multilags optiske diffraktive neurale netværk (DN2s) med MMFS. Systemet, der udnytter de ekstraordinære beregningsmuligheder for diffraktive neurale netværk, løfter om fremtidige applikationer i kompakte fotoniske systemer, hvilket muliggør bredere funktionelle udvidelser.
Integrationen af miniaturiseret DN2S på fiberfaseten giver en ny mikrometerskala-platform til fremme af MMF-baserede teknologier i kompakte fotoniske systemer, såsom stive endoskoper, MMF-signaltransmission, tilstandssortering og kortdistancemæssige optiske sammenkoblinger. Endvidere kan denne tilgang strække sig til forskellige fibersystemer, herunder enkelt-mode, gradientindeks og forstyrrede fibre.