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Un système hybride de codage électronique et de décodage optique diffractif transmet des informations optiques via des diffuseurs aléatoires et inconnus avec une haute fidélité

SPIE - Société Internationale d'Optique et de Photonique

image : Transfert d'informations optiques à travers des diffuseurs aléatoires inconnus utilisant le codage électronique et le décodage diffractif. (a) Le flux de travail du modèle hybride électronique-optique : le réseau neuronal électronique code les objets d'entrée dans des modèles de phase 2D et le réseau neuronal diffractif tout optique décode les informations transmises via des diffuseurs de phase aléatoires et inconnus. (b) Photographie du décodeur diffractif imprimé en 3D fonctionnant dans la partie THz du spectre. (c) Résultats expérimentaux du transfert d'informations optiques à travers un diffuseur de phase aléatoire inconnu à l'aide du décodeur diffractif imprimé en 3D avec codage électronique.Voir plus

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

Le transfert d'informations optiques dans un espace libre avec une large bande passante et une capacité de transmission élevée a suscité une attention considérable dans diverses applications, telles que la télédétection, la communication sous-marine et les dispositifs médicaux. Néanmoins, des perturbations de phase imprévisibles et inconnues ou des diffuseurs aléatoires dans le chemin optique posent de grands défis, limitant la transmission haute fidélité des données optiques dans l'espace libre. L'optique adaptative présente une solution potentielle capable de corriger dynamiquement les distorsions aléatoires ; cependant, les modulateurs spatiaux de lumière et les algorithmes de rétroaction itératifs utilisés augmentent inévitablement le coût et la complexité.

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) a présenté une nouvelle solution récemment publiée dans Advanced Photonics. Cette nouvelle approche utilise le codage électronique et le décodage optique diffractif pour transmettre des informations optiques à travers des diffuseurs aléatoires et inconnus avec une haute fidélité. Formé par apprentissage supervisé, ce modèle hybride intègre un encodeur électronique basé sur un réseau neuronal convolutif (CNN) ainsi que des couches diffractives passives transmissives co-optimisées qui sont physiquement fabriquées. Après ce processus de formation conjoint unique, le modèle hybride résultant peut transférer avec précision des informations optiques intéressantes même en présence de diffuseurs de phase inconnus, généralisant avec succès pour transmettre des informations à travers des diffuseurs aléatoires invisibles. Cette nouvelle approche surpasse considérablement les systèmes qui utilisent uniquement un réseau optique diffractif ou un réseau neuronal électronique pour le transfert d'informations optiques via des supports aléatoires diffusifs, soulignant l'importance d'avoir à la fois un codeur électronique et un décodeur diffractif qui fonctionnent ensemble.

La preuve de concept expérimentale et la faisabilité de ce modèle hybride électronique-optique ont été validées à l'aide d'un réseau diffractif imprimé en 3D fonctionnant dans la partie térahertz du spectre électromagnétique. Le décodeur optique du modèle hybride peut être physiquement dimensionné (agrandi ou réduit) pour fonctionner sur différentes parties du spectre électromagnétique, éliminant ainsi le besoin de recycler ses caractéristiques diffractives.

L'équipe de recherche de l'UCLA estime que ce cadre offrirait une alternative compacte et à faible consommation pour diverses applications, telles que la transmission de données de détection et d'imagerie biomédicales dans des systèmes implantables, la communication optique sous-marine et la transmission de données dans des conditions atmosphériques turbulentes.

Pour plus de détails sur cette avancée, lisez l'article Gold Open Access de Li et al., « Transfert d'informations optiques via des diffuseurs aléatoires inconnus utilisant le codage électronique et le décodage diffractif », Adv. Photon.4(4) 046009 (2023), deux 10.1117/1.AP.5.4.046009.

Photonique avancée

10.1117/1.AP.5.4.046009

Transfert d'informations optiques via des diffuseurs aléatoires inconnus utilisant le codage électronique et le décodage diffractif