תיאור אומנותי של רשת אופטית עקיפה פירמידה להגדלה חד כיוונית של תמונה. קרדיט: Ozcan Lab @ UCLA, ערוך
רשתות עצביות עמוקות עקיפות, במיוחד הרשתות האופטיות בעלות מבנה פירמידה שפותחו על ידי UCLAהצוות של מייצגים קפיצת מדרגה משמעותית בטכנולוגיה האופטית.
עיצוב הפירמידה הזה מייעל את נאמנות התמונה והגדלה בכיוון מסוים, ומגביל אותה להיפך. מאומת על ידי terahertz מבחני תאורה, הרשתות הללו מוכיחות את יעילותן בהגדלה והקטנת תמונות עם גבוה דיוקפתיחת דלתות ליישומים בתחום טלקומוניקציה, פרטיות והגנה.
חוקרי UCLA הציגו עיצוב חדשני עבור רשתות עצביות עמוקות עקיפות (D²NNs). ארכיטקטורה חדשה זו, המכונה פירמידה-D²NN (P-D²NN), משיגה הגדלה והקטנת תמונה חד-כיוונית, ומפחיתה באופן משמעותי את מספר התכונות הדיפרקטיביות הנדרשות. לתוצאות אלו יש יישומים נרחבים בתקשורת אופטית, מעקב ובידוד מכשירים פוטוניים.
Diffractive Deep Neural Networks
רשתות עצביות עמוקות עקיפות (D2NNs) הן מערכות אופטיות המורכבות משכבות העברה עוקבות הממוטבות באמצעות למידה עמוקה לביצוע משימות חישוביות באופן אופטי לחלוטין.
צוות מחקר של UCLA, בראשותו של פרופסור Aydogan Ozcan, פיתח רשת אופטית דיפרקטיבית בעלת מבנה פירמידה, אשר מדרגת את השכבות שלה בצורה פירמידה כדי ליישר קו עם כיוון ההגדלה או ההגדלה של התמונה. עיצוב זה מבטיח יצירת תמונה בנאמנות גבוהה בכיוון אחד תוך עיכוב בכיוון ההפוך, השגת הדמיה חד-כיוונית עם פחות דרגות עקיפה של חופש. החוקרים גם הוכיחו זאת על ידי שילוב של PD מרובה2ניתן להשיג מודולי NN, גורמי הגדלה גבוהים יותר, המציגים את המודולריות והמדרוגיות של המערכת.
התקדמות בהדמיה חד-כיוונית
ה-PD2ארכיטקטורת NN אומתה בניסוי באמצעות תאורת terahertz (THz). השכבות הדיפרקטיביות, שיוצרו באמצעות הדפסת תלת מימד, נבדקו תחת תאורת THz בגל מתמשך. תוצאות הניסוי, הכוללות עיצובים שונים להגדלה והגדלה, תאמו היטב את ההדמיות המספריות. הפלטים בכיוון קדימה שיקפו במדויק את תמונות הקלט המוגדלות או המוגדלות, בעוד שהפלטים בכיוון אחורה הניבו תוצאות בעוצמה נמוכה ולא אינפורמטיבית, כרצוי להדמיה חד-כיוונית.
יישומים וצפי עתידי
ה-PD2היכולת של מסגרת NN לדכא העברת אנרגיה לאחור תוך פיזור האות המקורי לרעש בלתי נתפס במוצא הופכת אותו לכלי מבטיח עבור יישומים שונים. אלה כוללים בידוד אופטי עבור מכשירים פוטוניים, ניתוק משדרים ומקלטים בתקשורת, תקשורת אופטית מוגנת פרטיות ומעקב.
יתרה מכך, הפעולה חסרת הקיטוב של המערכת והיכולת לספק אלומות מובנות בעוצמה גבוהה על אובייקטי מטרה תוך הגנה על המקור מפני התקפות נגד מדגישות את הפוטנציאל שלה ביישומים שונים הקשורים להגנה.
מחברי מאמר זה כוללים את Bijie Bai, Xilin Yang, Tianyi Gan, Jingxi Li, Deniz Mengu, Mona Jarrahi, ו-Aydogan Ozcan, המזוהים עם מחלקת הנדסת חשמל ומחשבים של UCLA. פרופסור אוזקן משמש גם כמנהל שותף של מכון NanoSystems של קליפורניה (CNSI).
מחקר זה נתמך על ידי המשרד האמריקאי לחקר הצי (ONR).
