上海理工大学顾敏/张启明团队全光智能处理技术，突破多模光纤传输瓶颈 | Nature Photonics

今日新材料 · 公众号 · · 2025-02-08 00:00

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通过多模光纤multimode fibres (MMFs)，图像的直接光学传输，可用于MMF基光学信息处理的紧凑光子系统。然而，多模光纤MMF是高度散射的介质，因此降低了通过传输的信息。现有的方法，利用人工神经网络或空间光调制器，以重建在通过光纤传播之后被扰乱的图像。尽管取得了这些进展，但使用具有微米级尺寸的集成光学元件，MMF实现直接光学图像传输，仍然具有挑战性。

今日，上海理工大学智能科技学院蔚(Yù)浩义Haoyi Yu，顾敏Min Gu，张启明Qiming Zhang等，在Nature Photonics上发文，将微型光学衍射神经网络（Diffractive Neural Networks, DN2s）与多模光纤端面集成，成功实现全光实时图像传输技术，为医学内窥镜成像与下一代光通信系统提供了革命性解决方案。

光学衍射神经网络DN2s的尺寸为150μm×150μm，使用三维双光子纳米光刻技术，在0.35米长MMF端面上制造。对于MMF的恒定配置，光纤集成DN2s，实时地对具有平坦相位的图像进行单次光学传输。

当对手写数字成像时，该系统在65μm×65μm的视场上，实现了大约4.90μm最小图像重建特征尺寸。迁移学习证明，通过空间光调制器投射HeLa细胞图像的直接光学传输，不是训练数据集的一部分。该概念和实施，为小型化DN2s与MMF集成铺平了道路，以实现具有前所未有功能的紧凑型光子系统。

All-optical image transportation through a multimode fibre using a miniaturized diffractive neural network on the distal facet.

在远端面上，利用小型化衍射神经网络，多模光纤的全光学图像传输

图1:通过MMF，全光学图像传输的光纤集成微型化DN2s示意图。

图2:基于MMF，复杂TM光纤集成小型化DN2s的开发过程。

图3:光纤集成小型化DN2s的性能。

图4:光纤集成小型化DN2s的制造。

图5: 平直的状态下，光纤集成的小型化DN2s实验表征。

图6: 弯曲状态（弯曲角度为90°）的光纤集成微型化DN2s的实验表征。

文献链接

Yu, H., Huang, Z., Lamon, S. et al. All-optical image transportation through a multimode fibre using a miniaturized diffractive neural network on the distal facet. Nat. Photon. (2025).