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Un sistema híbrido de codificación electrónica y decodificación óptica difractiva transmite información óptica a través de difusores aleatorios y desconocidos con alta fidelidad.

SPIE--Sociedad Internacional de Óptica y Fotónica

Imagen: Transferencia de información óptica a través de difusores aleatorios desconocidos mediante codificación electrónica y decodificación difractiva. (a) El flujo de trabajo del modelo híbrido electrónico-óptico: la red neuronal electrónica codifica los objetos de entrada en patrones de fase 2D y la red neuronal difractiva totalmente óptica decodifica la información transmitida a través de difusores de fase desconocidos y aleatorios. (b) Fotografía del decodificador difractivo impreso en 3D que funciona en la parte THz del espectro. (c) Resultados experimentales de la transferencia de información óptica a través de un difusor de fase aleatoria desconocido utilizando el decodificador difractivo impreso en 3D con codificación electrónica.ver más

Credit: Le et al., doi 10.1117/1.AP.5.4.046009.

La transferencia de información óptica en el espacio libre con un gran ancho de banda y una alta capacidad de transmisión ha atraído una atención significativa en diversas aplicaciones, como la teledetección, las comunicaciones submarinas y los dispositivos médicos. Sin embargo, las perturbaciones de fase desconocidas e impredecibles o los difusores aleatorios dentro del camino óptico plantean grandes desafíos, limitando la transmisión de alta fidelidad de datos ópticos en el espacio libre. La óptica adaptativa presenta una solución potencial que puede corregir distorsiones aleatorias de forma dinámica; sin embargo, los moduladores de luz espacial y los algoritmos de retroalimentación iterativos empleados inevitablemente aumentan tanto el costo como la complejidad.

Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Aydogan Ozcan del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), presentó una nueva solución publicada recientemente en Advanced Photonics. Este nuevo enfoque utiliza codificación electrónica y decodificación óptica difractiva para transmitir información óptica a través de difusores aleatorios y desconocidos con alta fidelidad. Entrenado mediante aprendizaje supervisado, este modelo híbrido incorpora un codificador electrónico basado en una red neuronal convolucional (CNN) junto con capas difractivas pasivas transmisivas cooptimizadas que se fabrican físicamente. Después de este proceso de entrenamiento conjunto único, el modelo híbrido resultante puede transferir con precisión información óptica de interés incluso en presencia de difusores de fase desconocidos, generalizándose con éxito para pasar información a través de difusores aleatorios invisibles. Este nuevo enfoque supera significativamente a los sistemas que solo utilizan una red óptica difractiva o una red neuronal electrónica para la transferencia de información óptica a través de medios aleatorios difusos, lo que resalta la importancia de tener un codificador electrónico y un decodificador difractivo que funcionen juntos.

La prueba experimental de concepto y la viabilidad de este modelo híbrido electrónico-óptico se validaron utilizando una red difractiva impresa en 3D que opera en la parte de terahercios del espectro electromagnético. El decodificador óptico del modelo híbrido se puede escalar físicamente, ya sea expandido o reducido, para operar en diferentes partes del espectro electromagnético, eliminando la necesidad de volver a entrenar sus características difractivas.

El equipo de investigación de UCLA cree que este marco proporcionaría una alternativa compacta y de bajo consumo para diversas aplicaciones, como la transmisión de datos de imágenes y sensores biomédicos en sistemas implantables, comunicación óptica submarina y transmisión de datos a través de condiciones atmosféricas turbulentas.

Para conocer los detalles de este avance, lea el artículo Gold Open Access de Li et al., “Transferencia de información óptica a través de difusores desconocidos aleatorios utilizando codificación electrónica y decodificación difractiva”, Adv. Fotón.4(4) 046009 (2023), dos 10.1117/1.AP.5.4.046009.

Fotónica avanzada

10.1117/1.AP.5.4.046009

Transferencia óptica de información a través de difusores aleatorios desconocidos mediante codificación electrónica y decodificación difractiva.

28-ago-2023

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