Elaborazione lineare universale della luce spazialmente incoerente attraverso reti ottiche diffrattive

15 agosto 2023

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dall'Istituto di ingegneria per l'avanzamento tecnologico dell'UCLA

L'elaborazione delle informazioni con la luce è un argomento di crescente interesse tra i ricercatori di ottica e fotonica. Oltre alla ricerca di un’alternativa veloce ed efficiente dal punto di vista energetico al calcolo elettronico per le future esigenze informatiche, questo interesse è guidato anche da tecnologie emergenti come i veicoli autonomi, dove l’elaborazione ultraveloce delle scene naturali è della massima importanza. Poiché le condizioni di illuminazione naturale coinvolgono principalmente una luce spazialmente incoerente, l'elaborazione delle informazioni visive in condizioni di luce incoerente è cruciale per varie applicazioni di imaging e rilevamento. Inoltre, le tecniche di microscopia all'avanguardia per l'imaging ad alta risoluzione su scala micro e nanometrica dipendono anche da processi spazialmente incoerenti come l'emissione di luce fluorescente dai campioni.

In un nuovo articolo pubblicato su Light: Science & Applications, un team di ricercatori, guidato dal professor Aydogan Ozcan del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica dell'Università della California, Los Angeles (UCLA), USA, ha sviluppato metodi per progettare tutti i tipi di processori ottici lineari universali di luce spazialmente incoerente. Tali processori comprendono una serie di superfici progettate strutturalmente e sfruttano la successiva diffrazione della luce da parte di queste superfici strutturate per eseguire una trasformazione lineare desiderata del campo luminoso in ingresso senza utilizzare potenza di calcolo digitale esterna.

I ricercatori dell’UCLA hanno segnalato metodi di progettazione basati sul deep learning per eseguire qualsiasi trasformazione lineare arbitraria utilizzando l’intensità ottica della luce spazialmente incoerente. Questi processori ottici diffrattivi, una volta fabbricati utilizzando, ad esempio, tecniche di litografia o stampa 3D, possono eseguire una trasformazione lineare selezionata arbitrariamente per qualsiasi modello di intensità della luce in ingresso, rivelando accuratamente in uscita il modello corretto seguendo la funzione desiderata appresa. I ricercatori hanno anche dimostrato che utilizzando la luce a banda larga spazialmente incoerente, è possibile eseguire simultaneamente più trasformazioni lineari di intensità, con una trasformazione univocamente diversa assegnata a ciascuna lunghezza d’onda di illuminazione spazialmente incoerente.

Questi risultati hanno ampie implicazioni in numerosi campi, tra cui l’elaborazione delle informazioni completamente ottica e il visual computing con luce spazialmente e temporalmente incoerente, come riscontrato nelle scene naturali. Inoltre, questo quadro ha un potenziale significativo per applicazioni nella microscopia computazionale e nell'imaging incoerente con funzioni di diffusione dei punti ingegnerizzate (PSF) spazialmente variabili.

Gli autori di questo lavoro sono Md Sadman Sakib Rahman, Xilin Yang, Jingxi Li, Bijie Bai e Aydogan Ozcan della UCLA Samueli School of Engineering.

Maggiori informazioni: Md Sadman Sakib Rahman et al, Trasformazioni di intensità lineare universale utilizzando processori diffrattivi spazialmente incoerenti, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01234-y

Informazioni sul diario:Luce: scienza e applicazioni

Fornito dall'UCLA Engineering Institute for Technology Advancement