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전자 인코딩과 회절 광학 디코딩의 하이브리드 시스템은 알려지지 않은 무작위 확산기를 통해 광학 정보를 높은 충실도로 전송합니다.

SPIE--국제 광학 및 포토닉스 협회

이미지: 전자 인코딩 및 회절 디코딩을 사용하여 알려지지 않은 임의의 확산기를 통한 광학 정보 전송. (a) 하이브리드 전자-광학 모델의 작업 흐름: 전자 신경망은 입력 개체를 2D 위상 패턴으로 인코딩하고 전광 회절 신경망은 알 수 없는 무작위 위상 확산기를 통해 전송된 정보를 디코딩합니다. (b) 스펙트럼의 THz 부분에서 작동하는 3D 인쇄 회절 디코더의 사진. (c) 전자 인코딩을 갖춘 3D 프린팅 회절 디코더를 사용하여 알려지지 않은 무작위 위상 확산기를 통한 광학 정보 전달의 실험 결과.더보기

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

넓은 대역폭과 높은 전송 용량으로 자유 공간에서 광학 정보를 전송하는 것은 원격 감지, 수중 통신 및 의료 기기와 같은 다양한 응용 분야에서 큰 주목을 받고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 예측할 수 없고 알려지지 않은 위상 섭동이나 광학 경로 내의 무작위 확산기는 큰 문제를 야기하여 자유 공간에서 광학 데이터의 충실도가 높은 전송을 제한합니다. 적응광학은 무작위 왜곡을 동적으로 교정할 수 있는 잠재적인 솔루션을 제시합니다. 그러나 공간 광 변조기와 반복 피드백 알고리즘을 사용하면 비용과 복잡성이 필연적으로 증가합니다.

캘리포니아 대학교 로스앤젤레스(UCLA) 전기 및 컴퓨터 공학과 Aydogan Ozcan 교수가 이끄는 연구팀은 최근 Advanced Photonics에 발표된 새로운 솔루션을 소개했습니다. 이 새로운 접근 방식은 전자 인코딩 및 회절 광학 디코딩을 사용하여 높은 충실도로 알려지지 않은 무작위 확산기를 통해 광학 정보를 전송합니다. 지도 학습을 통해 훈련된 이 하이브리드 모델은 CNN(컨볼루션 신경망) 기반 전자 인코더와 물리적으로 제작된 공동 최적화된 투과 수동 회절 레이어를 통합합니다. 이 일회성 공동 훈련 과정을 거친 후 결과 하이브리드 모델은 알려지지 않은 위상 확산기가 있는 경우에도 관심 있는 광학 정보를 정확하게 전송할 수 있으며, 보이지 않는 무작위 확산기를 통해 정보를 전달하도록 일반화하는 데 성공했습니다. 이 새로운 접근 방식은 확산성 무작위 매체를 통한 광학 정보 전송을 위해 회절 광학 네트워크 또는 전자 신경망만 활용하는 시스템보다 성능이 훨씬 뛰어나며 함께 작동하는 전자 인코더와 회절 디코더를 모두 갖는 것의 중요성을 강조합니다.

이 하이브리드 전자-광학 모델의 실험적 개념 증명과 타당성은 전자기 스펙트럼의 테라헤르츠 부분에서 작동하는 3D 프린팅 회절 네트워크를 사용하여 검증되었습니다. 하이브리드 모델의 광학 디코더는 물리적으로 확장되거나 축소되어 전자기 스펙트럼의 다양한 부분에서 작동할 수 있으므로 회절 기능을 재교육할 필요가 없습니다.

UCLA 연구팀은 이 프레임워크가 이식형 시스템의 생체 의학 감지 및 영상 데이터 전송, 수중 광학 통신 및 난류 대기 조건을 통한 데이터 전송과 같은 다양한 응용 분야에 저전력 및 컴팩트한 대안을 제공할 것이라고 믿습니다.

이러한 발전에 대한 자세한 내용은 Li 등의 Gold Open Access 기사, "전자 인코딩 및 회절 디코딩을 사용하여 무작위로 알려지지 않은 확산기를 통한 광학 정보 전송", Adv. 광자.4(4) 046009(2023), 2개 10.1117/1.AP.5.4.046009.

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10.1117/1.AP.5.4.046009

전자 인코딩 및 회절 디코딩을 사용하여 알려지지 않은 임의의 확산기를 통한 광학 정보 전달