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Un sistema ibrido di codifica elettronica e decodifica ottica diffrattiva trasmette informazioni ottiche attraverso diffusori casuali e sconosciuti con alta fedeltà

SPIE-Società Internazionale di Ottica e Fotonica

immagine: trasferimento ottico di informazioni attraverso diffusori casuali sconosciuti utilizzando codifica elettronica e decodifica diffrattiva. (a) Il flusso di lavoro del modello ibrido elettronico-ottico: la rete neurale elettronica codifica gli oggetti di input in modelli di fase 2D e la rete neurale diffrattiva completamente ottica decodifica le informazioni trasmesse attraverso diffusori di fase casuali e sconosciuti. (b) Fotografia del decodificatore diffrattivo stampato in 3D che opera nella parte THz dello spettro. (c) Risultati sperimentali del trasferimento ottico di informazioni attraverso un diffusore a fase casuale sconosciuto utilizzando il decodificatore diffrattivo stampato in 3D con codifica elettronica.vedere di più

Credito: Li et al., doi 10.1117/1.AP.5.4.046009.

Il trasferimento di informazioni ottiche nello spazio libero con ampia larghezza di banda ed elevata capacità di trasmissione ha guadagnato notevole attenzione in varie applicazioni, come il telerilevamento, la comunicazione subacquea e i dispositivi medici. Tuttavia, perturbazioni di fase imprevedibili e sconosciute o diffusori casuali all’interno del percorso ottico pongono grandi sfide, limitando la trasmissione ad alta fedeltà dei dati ottici nello spazio libero. L'ottica adattiva presenta una potenziale soluzione in grado di correggere dinamicamente le distorsioni casuali; tuttavia, i modulatori spaziali della luce e gli algoritmi di feedback iterativo utilizzati aumentano inevitabilmente sia i costi che la complessità.

Un team di ricercatori guidato dal professor Aydogan Ozcan del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica dell’Università della California, Los Angeles (UCLA), ha introdotto una nuova soluzione recentemente pubblicata su Advanced Photonics. Questo nuovo approccio utilizza la codifica elettronica e la decodifica ottica diffrattiva per trasmettere informazioni ottiche attraverso diffusori casuali e sconosciuti con alta fedeltà. Addestrato attraverso l'apprendimento supervisionato, questo modello ibrido incorpora un codificatore elettronico basato sulla rete neurale convoluzionale (CNN) insieme a strati diffrattivi passivi trasmissivi co-ottimizzati che sono fabbricati fisicamente. Dopo questo processo di formazione congiunta una tantum, il modello ibrido risultante può trasferire con precisione le informazioni ottiche di interesse anche in presenza di diffusori a fase sconosciuta, generalizzandosi con successo per passare le informazioni attraverso diffusori casuali invisibili. Questo nuovo approccio supera significativamente le prestazioni dei sistemi che utilizzano solo una rete ottica diffrattiva o una rete neurale elettronica per il trasferimento ottico delle informazioni attraverso mezzi casuali diffusivi, evidenziando l'importanza di avere sia un codificatore elettronico che un decodificatore diffrattivo che lavorano insieme.

La prova sperimentale del concetto e la fattibilità di questo modello ibrido elettronico-ottico sono state convalidate utilizzando una rete diffrattiva stampata in 3D che opera nella parte terahertz dello spettro elettromagnetico. Il decodificatore ottico del modello ibrido può essere fisicamente ridimensionato, espanso o ridotto, per funzionare in diverse parti dello spettro elettromagnetico, eliminando la necessità di riqualificare le sue caratteristiche diffrattive.

Il gruppo di ricerca dell’UCLA ritiene che questo quadro fornirebbe un’alternativa compatta e a basso consumo per varie applicazioni, come la trasmissione di dati di rilevamento e imaging biomedico in sistemi impiantabili, la comunicazione ottica subacquea e la trasmissione di dati in condizioni atmosferiche turbolente.

Per i dettagli di questo progresso, leggere l’articolo Gold Open Access di Li et al., “Trasferimento ottico di informazioni attraverso diffusori sconosciuti casuali utilizzando la codifica elettronica e la decodifica diffrattiva”, l’Avv. Fotone.4(4) 046009 (2023), due 10.1117/1.AP.5.4.046009.

Fotonica avanzata

10.1117/1.AP.5.4.046009

Trasferimento ottico delle informazioni attraverso diffusori sconosciuti casuali utilizzando codifica elettronica e decodifica diffrattiva