Прогресс оптических технологий требует инновационных решений в эпоху стремительного развития нейронных систем. Уникальные свойства света, благодаря которым происходит обработка визуальных данных на начальной стадии прямо в оптоволокне, вдохновляют учёных на реализацию амбициозных замыслов. Китайские специалисты достигли выдающихся успехов, интегрировав оптическую нейронную сеть непосредственно на выходе оптоволокна, что делает возможной передачу изображений без потерь качества.
Команда из Шанхайского университета науки и технологий (USST) представила свои исследования в журнале Nature Photonics, где они описали новую методику передачи изображений с помощью оптоволокна, применимой в малотравматичных эндоскопах. Учёные сосредоточились на многомодовом оптоволокне (MMF), которое, несмотря на высокую пропускную способность и толщину, сравнимую с человеческим волосом, склонно к светорассеянию. Исследователи предложили способы, которые снижают этот эффект.
На сегодняшний день для компенсации модовой дисперсии, вызывающей искажения, используются искусственные нейронные сети и пространственные световые модуляторы. К сожалению, такие методы только частично восстанавливают исходные изображения после их передачи по многомодовому оптоволокну. Коллектив из USST предложил революционное решение этой проблемы.
Группа разработала уникальные многослойные оптические дифракционные нейронные сети, интегрированные в 35-сантиметровый концевой участок оптоволокна. Эти сети состоят из прозрачных пластин, обработанных таким образом, чтобы свет преломлялся и выполнял элементарные вычисления в режиме реального времени. Эта технология позволяет проводить оптические матричные операции и увеличивать сетевые связи без использования электроники, открывая новые горизонты в расшифровке и фазовом определении изображений.
Эти многослойные дифракционные сети, имеющие размеры всего 150 мкм, способны считывать и передавать оптические изображения размером 65 мкм с разрешением 4,9 мкм. Они смогли продемонстрировать свою способность различать клетки HeLa без предварительного обучения, обеспечивая качественное восстановление изображений и показывая потенциал этих компактных сетей в многомодовом оптоволокне.
Все выше перечисленное позволяет создать исключительную платформу для выполнения оптических задач на микроуровне и предлагает путь к созданию многофункциональных и компактных фотонных систем в медицине, научных исследованиях и квантовой оптике.