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

19521Банковский троян VENON на Rust атакует Бразилию с помощью девяти техник обхода защиты 19520Бонобо агрессивны не меньше шимпанзе, но всё решают самки 19519Почему 600-килограммовый зонд NASA падает на Землю из-за солнечной активности? 19518«Липовый календарь»: как расписание превращает работников в расходный материал 19517Вредоносные Rust-пакеты и ИИ-бот крадут секреты разработчиков через CI/CD-пайплайны 19516Как хакеры за 72 часа превратили npm-пакет в ключ от целого облака AWS 19515Как WebDAV-диск и поддельная капча помогают обойти антивирус? 19514Могут ли простые числа скрываться внутри чёрных дыр? 19513Метеорит пробил крышу дома в Германии — откуда взялся огненный шар над Европой? 19512Уязвимости LeakyLooker в Google Looker Studio открывали доступ к чужим базам данных 19511Почему тысячи серверов оказываются открытой дверью для хакеров, хотя могли бы ею не быть? 19510Как исследователи за четыре минуты заставили ИИ-браузер Perplexity Comet попасться на... 19509Может ли женщина без влагалища и шейки матки зачать ребёнка естественным путём? 19508Зачем учёные из Вены создали QR-код, который невозможно увидеть без электронного... 19507Девять уязвимостей CrackArmor позволяют получить root-доступ через модуль безопасности...
Ссылка