新型的平面光学器件将迎接下一次 技术革命

  沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）计算机，电气与数学科学与工程（CEMSE）部门Primalight实验室的Andrea Fratalocchi教授领导的小组在《Light: Science & Applications》杂志上发表了一篇新论文。推出了采用廉价半导体制造的，可扩展的新型平面光学技术。

    KAUST设计的技术利用了光学纳米谐振器以前从未注意的方面：光学纳米谐振器具有完全等同于前馈深层神经网络的物理层。

    Fratalocchi解释说：“我们取得的成就是覆盖平面的技术过程，在光学术语中，这称为'平面光学器件'，其‘物理’神经单元能够像神经网络电信号一样处理光信号。”

  这些创新的平面光学器件在超薄表面的可见光范围内实现了接近单位效率（高达99％），从而在透射和反射中提供宽带、矢量光控制以及相应的波面形状。此外，硅表面非常薄（60 nm厚），可以在柔性表面上定制。

  用于设计纳米表面的程序可在KAUST的Shaheen-II超级计算机上运行，该计算机为Cray XC40，可提供7.2 Pflop / s的理论峰值性能，并由Fratalocchi及其团队的工程师开发的基于规则的进化设计软件的自主学习框架执行。

  “我们已经开发了一个使用人工智能设计纳米谐振器的程序。该算法使用进化技术进行工作：简单来说，该算法能够自我训练并在每个周期后改善其结果，从而每次产生效率提高的表面运行。在我们的文章中，我们展示了实验性组件，其性能比平面光学器件或该领域头牌公司（例如Thorlabs和Newport）的商用设备中的最新技术要更好。”

    KAUST研究团队目前正计划使用平面光学器件来开发新的平面器件，这可能会革命性地改变基于体光学器件的旧技术。在这些创新中，Ftalalocchi和他的团队正在构建人眼摄像头，这是一种生物传感器，能够“读取”感染了疟疾和新型显示器的细胞。

    Fratalocchi解释说：“实际上有无数的应用，因为从原则上讲几乎所有现有的测量系统都可以用它们的经济高效的紧凑型平面光学系统来代替。我们正在开发一种统计学习方法，对于任何给定的测量任务是设计一个相应的平面，将该度量编码为单个光学图像或符号。通过这种方法，整个传感和计量领域都可以成为基于非线性徽标的自然语言处理。”

    Fratalocchi补充说：“我们目前的项目之一是一种能比人眼看得更清楚的平面相机，这是通过仅使用三种主要受体进行彩色视觉而受到限制的。无论体积如何，我们都可以使任何组件小型化。这里的关键概念是神经网络是可以学习任何功能的通用逼近器。因此，我们可以训练我们的平板光学系统在更短的空间内以光速执行任何任务。”

    Fratalocchi总结说：“有了适当的资金和资源，在五到十年的时间内，当今大多数笨重的技术将缩小到袖珍大小，这与上世纪末电子革命一样。”