滬科研團(tuán)隊(duì)通過人工智能實(shí)現(xiàn)三維矢量全息新技術(shù)

近日，上海理工大學(xué)莊松林院士和顧敏院士領(lǐng)導(dǎo)的未來光學(xué)國(guó)際實(shí)驗(yàn)室首次利用機(jī)器學(xué)習(xí)反求設(shè)計(jì)（machine-learning inversedesign）實(shí)現(xiàn)了三維矢量全息的新概念。

據(jù)介紹，這項(xiàng)發(fā)明是光學(xué)全息技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破，其提供的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的反求設(shè)計(jì)可精準(zhǔn)且迅速地產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)任意三維矢量光場(chǎng)，有望應(yīng)用在超寬帶全息顯示、超安全信息加密、超容量光存儲(chǔ)和超精確粒子操控等領(lǐng)域。

相關(guān)研究成果于4月18日發(fā)表在學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)進(jìn)展》上。

顧敏院士指導(dǎo)的科研人員利用機(jī)器學(xué)習(xí)反求設(shè)計(jì)率先實(shí)現(xiàn)了三維矢量全息，可精確地控制三維全息圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的任意三維矢量狀態(tài)。“通過機(jī)器學(xué)習(xí)的人工智能新科技，我們首次實(shí)現(xiàn)了三維矢量光的操控，并將機(jī)器學(xué)習(xí)的算法延伸到光學(xué)全息中去，”顧敏院士說，“這樣的操控是全方位的，包括對(duì)三維矢量光攜帶的信息進(jìn)行編碼、傳輸和解碼，因而消除了傳統(tǒng)二維偏振光的束縛。”

文章第一作者任浩然博士表示，機(jī)器學(xué)習(xí)在光學(xué)設(shè)計(jì)中扮演著越來越重要的作用。研究表明，訓(xùn)練后的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可有效地、快速地產(chǎn)生任意三維矢量光場(chǎng)，達(dá)到接近百分之百的準(zhǔn)確性，極大地提高了光場(chǎng)調(diào)控的效率。

這項(xiàng)發(fā)明還為光學(xué)全息開辟了一條新道路，首次在全息中證明光的三維矢量狀態(tài)可以作為獨(dú)立的信息載體，實(shí)現(xiàn)信息的編碼和復(fù)用。

據(jù)了解，該項(xiàng)工作得到了墨爾本皇家理工大學(xué)（RMIT）人工智能納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室以及計(jì)算機(jī)科學(xué)系的支持。