創新的平面光學器件將迎接下一次技術革命

2021-03-11 13:18:37

沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)計算機,電氣與數學科學與工程(CEMSE)部門Primalight實驗室的Andrea Fratalocchi教授領導的小組在《光明:科學與應用》一書中發表了一篇新論文。推出了采用廉價半導體制造的,獲得專利的,可擴展的新型平面光學技術。

KAUST設計的技術利用了光學納米諧振器以前無法識別的方面,光學納米諧振器被證明具有完全等同于前饋深層神經網絡的物理層。

Fratalocchi解釋說:“我們所取得的成就是覆蓋平坦表面的技術過程,在光學術語中,這稱為'平坦光學器件',其'物理'神經單元能夠像神經網絡一樣處理光。電信號。”

這些創新的平面光學器件在超薄表面的可見光范圍內實現了接近統一的效率(高達99%),從而在具有所需波陣面形狀的透射和反射中提供寬帶和矢量光控制。此外,納米形狀的硅表面超薄(60納米厚,1 nm = 1/1000000 of 1mm),可以在柔性表面上定制。

用于設計納米表面的程序可在KAUST的Shaheen-II超級計算機上運行,??該計算機是Cray XC40,可提供7.2 Pflop / s的理論峰值性能,并由Fratalocchi及其工程師開發的基于規則的進化設計軟件的自主學習框架執行。團隊。

“我們已經開發了一個程序,該程序使用人工智能來設計納米諧振器。該算法使用進化技術進行工作:簡單來說,該算法能夠自我訓練,并在每個循環后改善其結果,從而每次產生可提高效率的表面時,在我們的文章中,我們展示了實驗性組件,其性能比平面光學器件或從領先公司(例如Thorlabs和Newport)獲得的商用設備中的最新技術要好。”

KAUST研究團隊目前正計劃使用平面光學器件來開發新的平面器件,這可能會革命性地改變基于體光學器件的舊技術。在這些創新中,Ftalalocchi和他的團隊正在構建人眼攝像頭,這是一種生物傳感器,能夠“讀取”感染了瘧疾和新型顯示器的細胞。

Fratalocchi解釋說:“實際上有無數的應用,因為從原則上講幾乎所有現有的測量系統都可以用它們的經濟高效的緊湊型平面光學系統來代替。我們正在開發一種統計學習方法,對于任何給定的測量方法任務是設計一個相應的平面,將該度量編碼為單個光學圖像或徽標。通過這種方法,整個傳感和計量領域都可以成為基于非線性徽標的自然語言處理。”

Fratalocchi補充說:“我們目前的項目之一是一種平板相機,其視覺效果甚至比人眼還要好,這僅限于使用三種主要的彩色視覺接收器。無論體積如何,我們都可以使任何組件小型化。” “這里的關鍵概念是神經網絡是可以學習任何功能的通用逼近器。因此,我們可以訓練平面光學器件,以在較小的空間內執行任何任務或電子系統當前執行的一系列任務。并以光速前進。”

Fratalocchi總結說:“有了適當的資金和資源,在五到十年的時間內,當今大多數笨重的技術將縮小到袖珍大小,這與上世紀末電子業經歷的類似革命一樣。”

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