_ Rețeaua de neuroni optoelectronici 2D atinge bandă largă și neliniaritate optică cu pierderi reduse accesibilă cu lumina ambientală

Lumina poate calcula funcții în timpul propagării și interacțiunii sale cu materialele structurate, cu viteză mare și consum redus de energie. Realizarea calculului universal folosind rețele neuronale optice necesită straturi de activare optică cu dependență neliniară de intrare. Cu toate acestea, materialele optice neliniare existente sunt fie lente, fie au o neliniaritate foarte slabă sub nivelurile de intensitate a luminii naturale capturate de o cameră. Prin urmare, proiectarea și dezvoltarea de noi funcții de activare optică este esențială pentru realizarea rețelelor neuronale optice care calculează cu lumina ambientală.

Într-o lucrare publicată în Nature Communications, o echipă de cercetare condusă de profesorul Xiangfeng Duan și profesorul Aydogan Ozcan de la Universitatea din California, Los Angeles (UCLA), S.U.A., a raportat o nouă strategie care utilizează o rețea de neuroni optoelectronici pentru a obține o neliniaritate optică puternică la intensitate optică scăzută pentru lumină incoerentă de bandă largă.

Dispozitivul lor integrează în mod eterogen două -fototranzistoare transparente (TPT) dimensionale (2D) cu modulatori cu cristale lichide (LC). În condiții de iluminare slabă, TPT-ul este foarte rezistiv și cea mai mare parte a căderii de tensiune are loc pe TPT. LC-ul este neperturbat și rămâne transmisiv. Cu toate acestea, la putere optică de intrare mare, TPT-ul devine conductiv, astfel încât cea mai mare parte a tensiunii scade pe stratul LC, oprind transmisia optică.

În demonstrația lor experimentală, neuronii optoelectronici proiectați au permis spațial și temporal lumină incoerentă în lungimile de undă vizibile pentru a-și modula neliniar propria amplitudine cu doar ~20% pierdere de fotoni. Ei au fabricat o matrice de neuroni optoelectronici de 100 × 100 (10.000) și au demonstrat un comportament neliniar puternic sub iluminare cu laser și lumină albă.

Matricea optoelectronica neliniară a fost integrată în continuare ca parte a unui sistem de imagistică bazat pe telefonul mobil pentru inteligenta reducerea strălucirii, blocând selectiv strălucirile intense, prezentând în același timp o atenuare mică pentru obiectele cu intensitate mai slabă din câmpul vizual al imaginii.

Modelarea dispozitivului sugerează un prag de intensitate optică foarte scăzut de 56 μW/cm2 pentru a genera o intensitate semnificativă. răspuns neliniar și un consum redus de energie de 69 fJ per activare fotonică pentru dispozitivele optimizate.

O astfel de matrice de neuroni optoelectronici permite modularea neliniară a auto-amplitudinii luminii incoerente spațial, prezentând un prag de intensitate optică scăzut, puternic contrast neliniar, răspuns spectral larg, viteză mare și pierderi reduse de fotoni. Performanța este foarte de dorit pentru sistemele de procesare a imaginilor și de calcul vizual care nu se bazează pe raze laser intense.

Pe lângă reducerea inteligentă a strălucirii, integrarea în cascadă a rețelelor de neuroni optoelectronici cu procesoare optice difractive liniare ar putea fi utilizată pentru a construi rețele optice neliniare, care pot găsi aplicații pe scară largă în imagistica și detecție computațională, deschizând, de asemenea, ușa pentru noi proiecte de procesoare optice neliniare care utilizează lumina ambientală.

(Fluierul)