Дифракционные оптические вычисления в свободном пространстве

Структурированные оптические материалы создают новые парадигмы вычислений с использованием фотонов, оказывая преобразующее влияние на различные области, включая машинное обучение, компьютерное зрение, визуализацию, телекоммуникации и сенсорику. В этой перспективе рассматривается потенциал оптических систем свободного пространства, основанных на инженерно спроектированных поверхностях, для развития оптических вычислений. Манипулируя светом беспрецедентными способами, новые структурированные поверхности обеспечивают полностью оптическую реализацию различных математических функций и задач машинного обучения. В частности, дифракционные сети привносят принципы глубокого обучения в проектирование и функционирование оптических систем свободного пространства, создавая новые функциональные возможности. Метаповерхности, состоящие из элементов, размеры которых значительно меньше длины волны, демонстрируют экзотические оптические отклики, обеспечивающие независимое управление различными свойствами света и способные существенно повысить вычислительную производительность и пропускную способность передачи данных оптических процессоров свободного пространства. В отличие от оптоэлектронных систем на основе интегральной фотоники, требующих предварительно обработанных входных данных, оптические процессоры свободного пространства напрямую получают доступ ко всем оптическим степеням свободы, несущим информацию о входной сцене или объекте, без необходимости цифрового восстановления или предварительной обработки информации. Для реализации полного потенциала архитектур оптических вычислений в свободном пространстве дифракционные поверхности и метаповерхности должны симбиотически развиваться и коэволюционировать в отношении их конструкций, трехмерного изготовления и интеграции, возможности каскадирования и точности вычислений, чтобы отвечать потребностям технологий следующего поколения в области машинного зрения, вычислительной визуализации, математических вычислений и телекоммуникаций.