Прорывная оптика через многомодовые волокна

Исследование под названием «Технология передачи изображений по волокнам для минимально инвазивного эндоскопа разработана» отмечает уникальное значение оптических волокон: они обеспечивают высокую пропускную способность и безопасность при передаче данных в интернете и обработке больших массивов информации. При этом многомодовые волокна (MMF) с 10³–10⁴ режимами внутри тончайшего сердцевинного диаметра имеют решающее значение для реализации квантовых вычислений, микроэндоскопии и прочих оптических приложений.
Прорывная оптика через многомодовые волокна
Изображение носит иллюстративный характер

Сложность передачи оптических данных через MMF заключается в сильном рассеянии и модовой дисперсии, которые искажают исходные изображения. Традиционные методы на базе искусственных нейронных сетей и пространственных модуляторов света пока не достигли полноценного восстановления сигнала в режиме реального времени. Однако задача прямой оптической транспортировки изображения без искажений через многомодовые волокна оставалась ключевой целью оптотехники.

Группа учёных во главе с профессором Цимином Чжаном и доцентом Хаои Ю из Школы наук и технологий искусственного интеллекта (SAIST) при Университете Шанхая науки и технологий (USST) представила инновационное решение. Их результаты опубликованы в журнале «Nature Photonics» и показывают, как внедрение многослойных оптических дифракционных нейронных сетей (DN²) обеспечивает прямую передачу изображения через MMF.

DN², выполняющие матричные операции на скорости света, закладывают основы для высокопроизводительных оптических вычислений. Глубокая структура слоёв позволяет эффективно обрабатывать многочисленные режимы внутри волокна и устранять искажения. Сочетание компактного дизайна и широких возможностей прямой реконструкции открывает путь к полноценной интеграции с уже существующими оптическими системами.

В эксперименте использовался 0,35-метровый коммерческий многомодовый волоконный кабель с нанолитографически изготовленным на его дистальном конце миниатюрным DN² размером 150×150 мкм. Эта система способна передавать изображения размером 65×65 мкм с минимальной размерностью распознаваемой детали около 4,90 мкм и средним контрастом по интенсивности порядка 4%. Каждый слой демонстрирует дифракционную эффективность около 35%.

Для проверки универсальности сети применялось обучение с рукописными цифрами, но технологии также удалось успешно восстанавливать 31 изображение клеток HeLa, которые не входили в основной обучающий набор. Это доказывает характерную для DN² способность к переносу обучения даже при ограниченном наборе исходных данных.

Предполагается масштабное применение подобных систем в гибких и жёстких эндоскопах для минимально инвазивного исследования, а также в краткосрочных квантовых соединениях и других сферах передачи оптических сигналов. Подобный подход годится и для одномодовых, градиентно-индексных и дезорганизованных волокон, расширяя возможности оптогенетики, медицинской диагностики и телекоммуникаций.


Новое на сайте

20327Кости прерий: как истребление бизонов породило целую индустрию — и сама себя же уничтожила 20326Кто и зачем взламывает серверы Ollama и ComfyUI ради ключей от AWS? 20325Как злоумышленники спрятали командный сервер внутри блокчейна и почему его невозможно... 20324Брюссель заставляет Android делиться секретами с чужими ИИ-помощниками 20323WordPress: как два бага слились в одну критическую дыру, которую назвали wp2shell 20322Как китайские хакеры обманули DigiCert и украли сертификаты для подписи кода? 20321Что скрывается за уязвимостью, которую агентство США внесло в список активно используемых... 20320Автономные системы наступают быстрее, чем инфраструктура для управления ими: кто выиграет... 20319Почему в OpenSSL нашли дыру, съедающую память серверов, но не дали ей даже номер CVE? 20318Империя без легионов: римский голливуд Лоуренса Альма-Тадемы 20317SonicWall SMA 1000: как два бага превратили VPN-шлюз в бэкдор для атакующих 20316Может ли уязвимость в клиенте Zoom для Windows открыть доступ к чужому аккаунту без... 20315TELEPUZ: новый вредонос на C, который научился прятаться в Telegram, Steam и блокчейне... 20314Дома из дёрна: как исландцы триста лет прятались от холода под слоем земли и травы 20313Как один токен от чужого сервиса мог впустить злоумышленника в чужой аккаунт n8n?
Ссылка