Le traitement de l’information par la lumière est un sujet d’intérêt croissant pour les chercheurs en optique et photonique. Outre la recherche d’une alternative rapide et économe en énergie à l’informatique électronique pour les futurs besoins informatiques, cet intérêt est également porté par les technologies émergentes telles que les véhicules autonomes, où le traitement ultrarapide des scènes naturelles est de la plus haute importance. Étant donné que les conditions d’éclairage naturel impliquent principalement une lumière incohérente dans l’espace, le traitement des informations visuelles sous une lumière incohérente est crucial pour diverses applications d’imagerie et de détection. De plus, les techniques de microscopie de pointe pour l’imagerie à haute résolution à l’échelle micro et nano dépendent également de processus spatialement incohérents tels que l’émission de lumière de fluorescence à partir d’échantillons.
Dans un nouvel article publié dans Lumière : science et applications, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Aydogan Ozcan du département de génie électrique et informatique de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA), aux États-Unis, a mis au point des méthodes de conception de processeurs linéaires universels entièrement optiques de lumière spatialement incohérente. De tels processeurs comprennent un ensemble de surfaces structurellement conçues et exploitent la diffraction successive de la lumière par ces surfaces structurées pour effectuer une transformation linéaire souhaitée du champ lumineux d’entrée sans utiliser de puissance de calcul numérique externe.
Les chercheurs de l’UCLA ont rapporté des méthodes de conception basées sur l’apprentissage en profondeur pour effectuer toute transformation linéaire arbitraire en utilisant l’intensité optique de la lumière spatialement incohérente. Ces processeurs optiques diffractifs, une fois fabriqués à l’aide, par exemple, de techniques de lithographie ou d’impression 3D, peuvent effectuer une transformation linéaire sélectionnée arbitrairement pour tout modèle d’intensité lumineuse d’entrée, révélant avec précision à la sortie le modèle correct suivant la fonction souhaitée qui est apprise. Les chercheurs ont également démontré qu’en utilisant une lumière à large bande incohérente dans l’espace, il est possible d’effectuer simultanément plusieurs transformations d’intensité linéaires, avec une transformation différente unique attribuée à chaque longueur d’onde d’éclairage incohérente dans l’espace.
Ces découvertes ont de vastes implications dans de nombreux domaines, y compris le traitement de l’information tout optique et l’informatique visuelle avec une lumière spatialement et temporellement incohérente, comme cela se produit dans les scènes naturelles. De plus, ce cadre présente un potentiel important pour les applications en microscopie computationnelle et en imagerie incohérente avec des fonctions d’étalement de points d’ingénierie (PSF) variant dans l’espace.
Les auteurs de ce travail sont Md Sadman Sakib Rahman, Xilin Yang, Jingxi Li, Bijie Bai et Aydogan Ozcan de la UCLA Samueli School of Engineering.
Plus d’information:
Md Sadman Sakib Rahman et al, Transformations d’intensité linéaires universelles à l’aide de processeurs diffractifs spatialement incohérents, Lumière : science et applications (2023). DOI : 10.1038/s41377-023-01234-y