Universal Polarization Transformations: Spatial programming of polarization scattering matrices using a deep learning-designed diffractive polarization transformer

要約

タイトル:万能偏光変換:深層学習に基づくディフラクティブ偏光変換器を使用した偏光散乱行列の空間プログラミング

要約:

– 活用可能なディフラクション体に基づく万能偏光変換器を実証する。
– 偏光散乱行列を合成することができる。
– 深層学習に基づくトレーニングを行った後、このディフラクティブ偏光変換器は一つのディフラクト体内で働き、N_i×N_o=10,000の異なる空間的に符号化された偏光散乱行列を実行できる。
– これらの変換器は、物質検査、医療画像、機械ビジョンなどのさまざまな分野で応用可能である。
– 単なる2D配列のリニア偏光子ではなく、VOFsに沿って配置された、多数の最適化可能な位相制御機能を持つ電磁的機能を使用することで、この技術が可能になる。
– この枠組みは、物質調査、医療画像、セキュリティ、リモートセンシング、および機械ビジョンなど、様々な分野に新しい光学的機器を開発するための新たな道を開く。

要約(オリジナル)

We demonstrate universal polarization transformers based on an engineered diffractive volume, which can synthesize a large set of arbitrarily-selected, complex-valued polarization scattering matrices between the polarization states at different positions within its input and output field-of-views (FOVs). This framework comprises 2D arrays of linear polarizers with diverse angles, which are positioned between isotropic diffractive layers, each containing tens of thousands of diffractive features with optimizable transmission coefficients. We demonstrate that, after its deep learning-based training, this diffractive polarization transformer could successfully implement N_i x N_o = 10,000 different spatially-encoded polarization scattering matrices with negligible error within a single diffractive volume, where N_i and N_o represent the number of pixels in the input and output FOVs, respectively. We experimentally validated this universal polarization transformation framework in the terahertz part of the spectrum by fabricating wire-grid polarizers and integrating them with 3D-printed diffractive layers to form a physical polarization transformer operating at 0.75 mm wavelength. Through this set-up, we demonstrated an all-optical polarization permutation operation of spatially-varying polarization fields, and simultaneously implemented distinct spatially-encoded polarization scattering matrices between the input and output FOVs of a compact diffractive processor that axially spans 200 wavelengths. This framework opens up new avenues for developing novel optical devices for universal polarization control, and may find various applications in, e.g., remote sensing, medical imaging, security, material inspection and machine vision.

arxiv情報

著者 Yuhang Li,Jingxi Li,Yifan Zhao,Tianyi Gan,Jingtian Hu,Mona Jarrahi,Aydogan Ozcan
発行日 2023-04-12 09:28:53+00:00
arxivサイト arxiv_id(pdf)

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, OpenAI

カテゴリー: cs.CV, physics.optics パーマリンク