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コンピュータ不要、瞬時にホログラムを再建する回折光ネットワーク

November, 30, 2021, Los Angels--先頃ACS Photonicsに発表された論文で、Aydogan Ozcan教授と院生Sadman Sakib Rahmanは、回折ネットワークを使い、コンピュータなしで、ホログラムのオールオプティカル再構築のための新しいアプローチを紹介した。

1940年代にノーベル賞を受賞したDennis Gaborの発明以来、ホログラフィは、科学およびエンジニアリングの様々な分野、コンピュータイメージング、顕微鏡、センサ、ディスプレイおよび干渉計などに用途が広がった。ホログラフィの多くのアプリケーションで、物体情報を引き出すためのホログラムの再構築は、一般にデジタルコンピュータや反復アルゴリズムを利用して行われる。これは、特にホログラムのサイズが大きくなると時間がかかる。

回折ネットワークは、オールオプティカルプロセッサで、一連の空間的に設計された回折面で構成されている。これは、光と物質の相互作用および回折により、入力光場の望ましい変換をまとめて計算する。回折ネットワークの空間的特徴は、コンピュータでディープラーニングを使いトレーニングされ、所定のタスクに最適化される。トレーニングが完了すると、これらの回折面は、物理的ネットワークを形成するように作成、アセンブリされる。これは、未知の物体、シーンの入力ホログラムを、光速で、照射光以外の外部パワーなしで、オールオプティカルに再構築できる。

ホログラムをオールオプティカルに再構築できる全体の回折ネットワークアーキテクチャは、非常に薄く、光波長のわずか225倍程度の広がりである。例えば、照射にグリーンレーザ光源を使うと、そのような回折ネットワークは、人の髪の毛ほどの薄さであり、それは極めてコンパクトで軽量。この超薄、コンパクト設計により、1ps以下でそのホログラムから物体を瞬時に再構築できる。これは、GPUsを使う最先端のデジタルホログラム再構築アルゴリズムと比べて、1兆倍以上高速である。

UCLA研究者が行った数値分析は、その回折ネットワークがオールオプティカルホログラム再構築に多くの利点があり、非常に優れた再構築品質を達成、奥行き強化、回折プロセッサの出力で回折効率が高いことを示している。UCLAの研究チームは、このオールオプティカルホログラムプロセッサには多くのアプリケーションがあると結論づけている。例えば、ホログラフィックイメージング、顕微鏡、センシング、ディスプレイ関連アプリケーション。特に、それのコンピュータなしオペレーション、超高速画像再構築機能からの利点が認められる。
(詳細は、https://www.ee.ucla.edu)