哈工大在光学计算研究中取得重要突破

近日，哈尔滨工业大学物理学院丁卫强教授团队在光计算研究中取得重要突破，相关成果以《部分相干衍射光学神经网络》(Partially Coherent Diffractive Optical Neural Network)为题发表在《光学》（Optica）上。研究团队将光场的空间相干性引入到衍射光学神经网络中，突破了现有衍射光学神经网络仅能工作在相干光环境的局限，对衍射光学神经网络在真实环境中的应用具有重要价值。

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实验装置示意图

作为光学计算的重要实现方式，衍射光学神经网络近年来在图像处理、目标识别等领域取得了显著成果。然而，目前绝大多数衍射光学神经网络的工作条件依赖于高度相干的光源（如激光），这在非相干光源环境下限制了其实际应用的拓展。针对这一问题，丁卫强教授团队从光的空间相干性维度出发，创新性地在衍射光学神经网络的设计中引入了与空间相干性相关的参数，提出了一种适用于任意空间相干性光源的训练算法。这一方法突破了传统训练算法仅适用于相干光的局限性，使得衍射光学神经网络能够在部分相干乃至非相干光源条件下进行有效训练。

实验结果表明，在测试光源相干性变化时，与相干光源下训练的衍射光学神经网络相比，部分相干光下训练的衍射光学神经网络展现出了更高的稳健性。例如，在对手写数字的识别任务中，部分相干条件下训练的网络识别准确率始终保持在82%以上，而相干光条件下训练的网络准确率则下降至26%。这一成果不仅显著提升了衍射光学神经网络在低相干性乃至非相干性环境下的适用性，同时也为衍射光学神经网络的基本理论研究提供了新的视角。

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不同相干性光源下衍射光学神经网络的输出结果

哈工大为论文第一署名单位，物理学院贾琦助理研究员为论文第一作者，物理学院丁卫强教授、王健教授，新加坡国立大学仇成伟教授，上海理工大学顾敏院士为论文共同通讯作者。

该研究获国家自然科学基金以及黑龙江省杰出青年基金项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.531919