Traitement linéaire universel de la lumière spatialement incohérente via des réseaux optiques diffractifs

15 août 2023

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par Institut d'ingénierie de l'UCLA pour l'avancement technologique

Le traitement de l’information avec la lumière est un sujet d’intérêt toujours croissant parmi les chercheurs en optique et photonique. Outre la recherche d’une alternative rapide et économe en énergie à l’informatique électronique pour répondre aux besoins informatiques futurs, cet intérêt est également motivé par les technologies émergentes telles que les véhicules autonomes, où le traitement ultrarapide des scènes naturelles est de la plus haute importance. Étant donné que les conditions d’éclairage naturel impliquent principalement une lumière spatialement incohérente, le traitement des informations visuelles sous une lumière incohérente est crucial pour diverses applications d’imagerie et de détection. De plus, les techniques de microscopie de pointe pour l’imagerie haute résolution à l’échelle micro et nano dépendent également de processus spatialement incohérents tels que l’émission de lumière fluorescente à partir d’échantillons.

Dans un nouvel article publié dans Light: Science & Applications, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Aydogan Ozcan du département de génie électrique et informatique de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), aux États-Unis, a développé des méthodes pour concevoir tous- processeurs linéaires optiques universels de lumière spatialement incohérente. De tels processeurs comprennent un ensemble de surfaces structurellement conçues et exploitent la diffraction successive de la lumière par ces surfaces structurées pour effectuer une transformation linéaire souhaitée du champ lumineux d'entrée sans utiliser de puissance de calcul numérique externe.

Les chercheurs de l'UCLA ont rapporté des méthodes de conception basées sur l'apprentissage profond pour effectuer toute transformation linéaire arbitraire en utilisant l'intensité optique d'une lumière spatialement incohérente. Ces processeurs optiques diffractifs, une fois fabriqués à l'aide, par exemple, de techniques de lithographie ou d'impression 3D, peuvent effectuer une transformation linéaire arbitrairement sélectionnée pour n'importe quel modèle d'intensité lumineuse d'entrée, révélant avec précision en sortie le modèle correct suivant la fonction souhaitée qui est apprise. Les chercheurs ont également démontré qu’en utilisant une lumière à large bande spatialement incohérente, il est possible d’effectuer simultanément plusieurs transformations d’intensité linéaires, avec une transformation unique et différente attribuée à chaque longueur d’onde d’éclairage spatialement incohérente.

Ces découvertes ont de vastes implications dans de nombreux domaines, notamment le traitement de l’information tout optique et l’informatique visuelle avec une lumière spatialement et temporellement incohérente, comme celle rencontrée dans les scènes naturelles. De plus, ce cadre présente un potentiel important pour les applications en microscopie informatique et en imagerie incohérente avec des fonctions d'étalement de points (PSF) conçues dans l'espace.

Les auteurs de ce travail sont Md Sadman Sakib Rahman, Xilin Yang, Jingxi Li, Bijie Bai et Aydogan Ozcan de l'UCLA Samueli School of Engineering.

Plus d'information: Md Sadman Sakib Rahman et al, Transformations d'intensité linéaire universelles utilisant des processeurs diffractifs spatialement incohérents, Light : Science & Applications (2023). DOI : 10.1038/s41377-023-01234-y

Informations sur la revue :Lumière : science et applications

Fourni par l'Institut d'ingénierie de l'UCLA pour l'avancement technologique