회절 광학 네트워크를 통한 공간적으로 비간섭성 빛의 보편적인 선형 처리

2023년 8월 15일

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UCLA 기술 발전 공학 연구소

빛을 이용한 정보 처리는 광학 및 포토닉스 연구자들 사이에서 점점 더 많은 관심을 받고 있는 주제입니다. 미래의 컴퓨팅 요구를 충족하기 위해 전자 컴퓨팅에 대한 에너지 효율적이고 빠른 대안을 찾는 것 외에도 이러한 관심은 자연 장면의 초고속 처리가 가장 중요한 자율주행차와 같은 신기술에 의해 주도됩니다. 자연 조명 조건은 대부분 공간적으로 비일관성 빛을 포함하기 때문에 비일관성 조명 하에서 시각 정보를 처리하는 것은 다양한 이미징 및 감지 응용 분야에 매우 중요합니다. 또한 마이크로 및 나노 규모의 고해상도 이미징을 위한 최첨단 현미경 기술은 표본의 형광 발광과 같은 공간적으로 비일관적인 프로세스에도 의존합니다.

미국 캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 전기 및 컴퓨터 공학과 Aydogan Ozcan 교수가 이끄는 연구팀은 Light: Science & Application에 게재된 새 기사에서 모든 것을 설계하는 방법을 개발했습니다. 공간적으로 일관성이 없는 빛의 광학 범용 선형 프로세서. 이러한 프로세서는 구조적으로 설계된 표면 세트로 구성되며 이러한 구조화된 표면에 의한 연속적인 빛의 회절을 활용하여 외부 디지털 컴퓨팅 성능을 사용하지 않고도 입력 광장의 원하는 선형 변환을 수행합니다.

UCLA 연구원들은 공간적으로 일관성이 없는 빛의 광 강도를 사용하여 임의의 선형 변환을 수행하는 딥 러닝 기반 설계 방법을 보고했습니다. 예를 들어 리소그래피 또는 3D 프린팅 기술을 사용하여 제조된 이러한 회절 광학 프로세서는 모든 입력 광 강도 패턴에 대해 임의로 선택된 선형 변환을 수행하여 학습된 원하는 기능에 따라 출력에서 ​​올바른 패턴을 정확하게 드러낼 수 있습니다. 연구원들은 또한 공간적으로 비간섭성 광대역 광을 사용하여 여러 선형 강도 변환을 동시에 수행할 수 있으며, 각 공간적으로 비간섭성 조명 파장에 고유하게 다른 변환이 할당된다는 것을 입증했습니다.

이러한 발견은 자연 장면에서 볼 수 있는 공간적, 시간적으로 불일치하는 빛을 사용하는 전광 정보 처리 및 시각적 컴퓨팅을 비롯한 다양한 분야에서 광범위한 의미를 갖습니다. 또한 이 프레임워크는 공간적으로 다양한 엔지니어링 점 확산 함수(PSF)를 사용하여 전산 현미경 및 비일관성 이미징에 적용할 수 있는 상당한 잠재력을 보유하고 있습니다.

이 연구의 저자는 UCLA Samueli 공과대학의 Md Sadman Sakib Rahman, Xilin Yang, Jingxi Li, Bijie Bai 및 Aydogan Ozcan입니다.

추가 정보: Md Sadman Sakib Rahman 외, 공간적으로 비일관적인 회절 프로세서를 사용한 범용 선형 강도 변환, Light: Science & Application (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01234-y

저널 정보:빛: 과학 및 응용

UCLA 기술진흥원 제공