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)