自 1940 年代后期諾貝爾獎獲得者丹尼斯·加博 (Dennis Gabor) 發(fā)明以來，全息術(shù)已廣泛應(yīng)用于科學(xué)和工程應(yīng)用，例如計(jì)算成像、顯微鏡、傳感器、顯示器和干涉測量。在全息術(shù)的許多應(yīng)用中，通常使用數(shù)字計(jì)算機(jī)和迭代算法來重建全息圖以檢索對象信息，這可能會很耗時，具體取決于全息圖的大小。

在ACS Photonics最近發(fā)表的一篇文章中，來自加州納米系統(tǒng)研究所 (CNSI) 和加州大學(xué)洛杉磯分校 (UCLA) 電氣與計(jì)算機(jī)工程系的 Aydogan Ozcan 教授和研究生 Sadman Sakib Rahman 提出了一種新的計(jì)算機(jī)方法使用衍射網(wǎng)絡(luò)對全息圖進(jìn)行全光學(xué)重建。衍射網(wǎng)絡(luò)是一種全光學(xué)處理器，由一組空間設(shè)計(jì)的衍射表面組成，這些表面通過光物質(zhì)相互作用和衍射共同計(jì)算輸入光場的所需變換。在計(jì)算機(jī)中使用深度學(xué)習(xí)針對給定任務(wù)訓(xùn)練和優(yōu)化衍射網(wǎng)絡(luò)的空間特征。訓(xùn)練完成后，可以制造和組裝這些衍射表面，形成一個物理網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以以光速全光重建未知物體或場景的輸入全息圖，除了照明外，無需任何外部電源光。

使用衍射網(wǎng)絡(luò)對全息圖進(jìn)行無計(jì)算機(jī)、全光學(xué)重建。圖片來源：加州大學(xué)洛杉磯分校技術(shù)進(jìn)步工程學(xué)院

可以全光重建全息圖的整個衍射網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非常薄，其跨度僅為光波長的約 225 倍。例如，使用綠色激光光源進(jìn)行照明，這樣的衍射網(wǎng)絡(luò)將像人的頭發(fā)一樣細(xì)，使其非常緊湊和輕便。這種非常薄、緊湊的設(shè)計(jì)還可以在不到 1 皮秒的時間內(nèi)從其全息圖即時重建對象，與利用圖形處理單元的最先進(jìn)的數(shù)字全息圖重建算法相比，速度要快一萬億倍以上（GPU）。

加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員進(jìn)行的數(shù)值分析表明，衍射網(wǎng)絡(luò)在全光學(xué)全息圖重建方面具有眾多優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)卓越的圖像重建質(zhì)量、增強(qiáng)的景深以及衍射處理器輸出的更高衍射效率。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員總結(jié)說，這種全光學(xué)全息圖處理器可以在全息成像、顯微鏡、傳感和顯示相關(guān)應(yīng)用等不同領(lǐng)域找到許多應(yīng)用，尤其是受益于其無計(jì)算機(jī)操作和超快速圖像重建能力。

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