2月7日，國際頂級(jí)期刊《自然?光子學(xué)》（Nature Photonics）在線發(fā)表了上海理工大學(xué)智能科技學(xué)院顧敏院士、張啟明教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)突破性研究成果。該團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新性將微型光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Diffractive Neural Networks, DN2s）與多模光纖集成，成功實(shí)現(xiàn)全光實(shí)時(shí)圖像傳輸技術(shù)，該技術(shù)為醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡成像與下一代光通信系統(tǒng)等科研領(lǐng)域提供了革命性解決方案。相關(guān)論文第一作者為蔚浩義特聘副教授。
還原清晰影像 光信號(hào)處理無需傳統(tǒng)“光電轉(zhuǎn)換”步驟
“傳統(tǒng)多模光纖因模式耦合易受彎折干擾，導(dǎo)致信號(hào)失真，如同透過毛玻璃看世界。”張啟明解釋說，“我們的光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就像在光纖末端安裝了一臺(tái)‘智能顯微鏡’，實(shí)時(shí)糾正畸變，還原清晰信息流。”
“我們采用3D雙光子納米光刻技術(shù)，在直徑不足0.1毫米的多模光纖端面精準(zhǔn)制造出多層微型光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。” 蔚浩義介紹說，這一結(jié)構(gòu)可直接在可見光波段對(duì)傳輸中的散斑圖案進(jìn)行振幅與相位信息的實(shí)時(shí)解析，無需經(jīng)過傳統(tǒng)AI技術(shù)所需的“光-電-算”轉(zhuǎn)換步驟，首次實(shí)現(xiàn)了多模光纖內(nèi)光信號(hào)的全光學(xué)智能處理。
值得一提的是，因?yàn)槎嗄９饫w能夠承載的光學(xué)信息模式數(shù)量是傳統(tǒng)單模光纖的數(shù)萬倍，多模光纖圖象傳輸技術(shù)在眾多信息科學(xué)領(lǐng)域具有大量潛在價(jià)值。
容納更高容量 大大促進(jìn)光學(xué)人工智能技術(shù)發(fā)展
現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡技術(shù)會(huì)出現(xiàn)圖像失真，可能會(huì)漏檢微小腫瘤，而此項(xiàng)新技術(shù)可提升圖像分辨率與信噪比，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，助力醫(yī)生識(shí)別早期癌癥特征。未來，患者可通過更小創(chuàng)傷的微型設(shè)備，獲得接近病理切片級(jí)的實(shí)時(shí)影像，大幅提高腫瘤篩查效率。該技術(shù)未來還可直接應(yīng)用于光纖內(nèi)窺鏡支持的精準(zhǔn)醫(yī)療、微創(chuàng)腦神經(jīng)細(xì)胞的實(shí)時(shí)成像研究等工作中。
此外，傳統(tǒng)單模光纖受限于物理特性，帶寬接近理論極限。現(xiàn)有的多模光纖雖可容納更高容量，卻因失真難以實(shí)用。全光實(shí)時(shí)圖像傳輸技術(shù)還將助力實(shí)現(xiàn)超高速度的通信，為6G通信、元宇宙等超大數(shù)據(jù)場景鋪路。
顧敏總結(jié)道：“這一技術(shù)成果為光學(xué)智能內(nèi)窺鏡技術(shù)和高速光通信技術(shù)的發(fā)展提供了支撐，是我們實(shí)現(xiàn)新一代的低能耗、高算力、高通量的光學(xué)人工智能技術(shù)征途中的一項(xiàng)重要突破。”
來源：上海科技報(bào)
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