通过随机漫射体进行信息传输的交错衍射网络

光学信息通过随机散射介质传输，是光学、生物医学成像、电信和遥感领域面临的一项重大挑战。当光穿过浑浊或散射介质（如生物组织或具有随机结构的光学材料）时，原始图像信息会发生严重畸变，难以可靠恢复。

为应对这一挑战，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员提出了交织衍射网络，能够通过随机且未知的散射体实现光学信息传输。这项研究成果发表于《激光与光子学评论》期刊。

散射介质内部的衍射层

这一新框架采用了一种级联衍射光学网络，由被动、空间结构化的层组成，并在物理上交织嵌入散射介质内部。

与传统做法中将所有光学处理元件置于散射体之前或之后不同，该系统将优化后的衍射层分布到整个散射体中。这些交织的层经过训练，能够重塑传播中的光场并减弱散射效应，使系统在光经过随机且未知的散射体传播后，仍能恢复物体信息。

UCLA的研究人员证明，这种全光学架构的性能取决于多个关键物理参数，包括衍射处理器的深度以及衍射层的空间排布。研究结果表明，与将光学处理器置于散射介质外部的传统方式相比，在散射体内交织训练过的衍射层，是一种能有效改善信息传输和图像恢复的物理策略。

借助数字辅助增强鲁棒性

为进一步提升图像重建的保真度和鲁棒性，研究团队还开发了一套混合光电-数字系统。在该配置中，被动衍射处理器与一个联合训练的数字神经网络相耦合。这种混合设计即便在输入物体经受未知的随机旋转、平移和缩放时，也能实现更好的信息恢复效果，突显了该方法在真实多变成像条件下的适应能力。

艾多甘·奥兹坎教授指出：“将训练过的衍射层嵌入散射介质内部，我们便可将光的传播本身作为信息恢复与图像重建流程的一部分。这一思路为通过复杂随机光学介质进行被动光学计算、成像和通信开辟了新的机遇。”

可见光实验验证可行性

UCLA团队还利用一种在可见光谱下工作的多层衍射系统，对这一方法进行了实验验证。实验表明，光学信息在透过随机散射层后能被可靠恢复，证实了将交织衍射处理器用作物理信息恢复系统的可行性。

这项研究为透过随机散射介质进行光学计算和成像指明了新方向。通过在随机介质内部进行被动式衍射计算分布，交织衍射网络能够将散射从障碍转变为光学信息处理架构的一部分。此类系统有望在生物医学成像、遥感、光通信，以及其他光必须穿过复杂或浑浊环境的应用中，提供新的可能。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1002/lpor.71471