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多任务衍射神经网络系统设计与实现
1
作者 王子荣 张星祥 +2 位作者 龙勇机 付天骄 张墨 《液晶与显示》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期490-505,共16页
为探索利用衍射神经网络执行多任务图像分类识别的可行性,本文设计并搭建一种衍射神经网络系统。该系统采用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)做衍射神经网络的相位及振幅权重的调制以及网络层的光学全连接,并利用CMOS相机实... 为探索利用衍射神经网络执行多任务图像分类识别的可行性,本文设计并搭建一种衍射神经网络系统。该系统采用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)做衍射神经网络的相位及振幅权重的调制以及网络层的光学全连接,并利用CMOS相机实现衍射神经网络中各衍射层输出的光电非线性激活与输出图像识别结果判别。设计的系统模型在MNIST和Fashion-MNIST图像分类识别中正确率达到94.1%和92.1%。最终通过搭建光路系统,光学实验正确率分别为91%和81.7%。所设计的衍射神经网络系统可满足多种图像分类识别应用需求,为衍射网络的设计与构建提供了新的思路。 展开更多
关键词 衍射神经网络 光学神经网络 系统设计 图像分类识别
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基于光学衍射神经网络的拉盖尔-高斯光束识别
2
作者 贺瑜 陈龙 +1 位作者 胡晓楠 栾海涛 《光学仪器》 2024年第2期77-85,共9页
拉盖尔–高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束除了轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)维度外,还拥有径向量子数p,因此LG光束可以为光通信和光计算等应用提供更多的物理自由度。但目前常见的干涉、衍射机制的LG光束模式探测方法在受... 拉盖尔–高斯(Laguerre-Gaussian,LG)光束除了轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)维度外,还拥有径向量子数p,因此LG光束可以为光通信和光计算等应用提供更多的物理自由度。但目前常见的干涉、衍射机制的LG光束模式探测方法在受到大气湍流的干扰时,识别准确率会明显下降,从而限制了其实际应用。提出了一种基于衍射神经网络(diffractive neural network,DNN)的LG光束识别方式,实现了p在1~3范围内的识别。即使在强湍流强度,衍射距离为5 m的情况下,该识别方式的识别准确率依然能达到95%以上。该DNN方法能够为准确识别LG光束模式提供有效途径,在大容量OAM通信、高维量子信息处理等方面均具有潜在应用价值。 展开更多
关键词 拉盖尔–高斯光束 轨道角动量 大气湍流 衍射神经网络
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基于全光衍射深度神经网络的矿物拉曼光谱识别方法 被引量：6
3
作者 张旭 于明鑫 +2 位作者 祝连庆 何彦霖 孙广开 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期160-167,共8页
提出了一种基于全光衍射神经网络的矿物拉曼光谱识别方法。首先,分析矿物拉曼光谱的数据结构特征,对比分析了传统神经网络与光学衍射神经网络的异同,根据预处理后的数据构建光学衍射神经网络;然后,采用交叉熵损失函数和Adam算法对光学... 提出了一种基于全光衍射神经网络的矿物拉曼光谱识别方法。首先,分析矿物拉曼光谱的数据结构特征,对比分析了传统神经网络与光学衍射神经网络的异同,根据预处理后的数据构建光学衍射神经网络;然后,采用交叉熵损失函数和Adam算法对光学衍射神经网络进行训练,得到优化的网络参数;最后,在仿真条件下,验证和分析不同栅格高度精度对矿物识别正确率的影响,给出了不同栅格高度精度对应的网络正确率及正确率损失。该方法在RRUFF矿物拉曼光谱数据库上的测试结果显示:五类矿物识别正确率为94.2%,证明利用光学衍射神经网络进行拉曼光谱分类具有可行性,为光学衍射神经网络的应用提供参考;栅格高度在6 bit精度条件下,五类矿物正确率为93.6%,证明栅格高度离散化能够在保证网络正确率的同时极大降低光栅制作难度,为光栅制备提供理论支撑。 展开更多
关键词 全光衍射神经网络 矿物拉曼光谱 深度学习
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用于宽带光谱滤波的光学衍射神经网络的设计
4
作者 李柏霖 林剑 《光学仪器》 2023年第4期62-70,共9页
光谱处理在光学研究和应用中具有重要意义。针对特定任务,已经开发了各种设备和仪器进行光谱的滤波、整形与分析、波长解复用等,但还没有具有先进处理能力的多任务光谱处理设备。设计了一种用于光谱滤波的衍射神经网络,其由相位调制型... 光谱处理在光学研究和应用中具有重要意义。针对特定任务,已经开发了各种设备和仪器进行光谱的滤波、整形与分析、波长解复用等,但还没有具有先进处理能力的多任务光谱处理设备。设计了一种用于光谱滤波的衍射神经网络,其由相位调制型衍射层与探测层构成。在训练过程中加入了波长参数,以实现对宽带信号的处理;通过损失函数的设计,可以对输出光谱进行控制。以可见光波段的宽带信号为例,实现了单、双通带光谱滤波,且中心波段的宽度和相对强度可调节。证明了该光学衍射神经网络可以有效处理宽带光谱,并为实现更复杂的光谱处理任务奠定了基础。 展开更多
关键词 深度学习 光学衍射神经网络 光谱处理
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基于光学衍射神经网络的完美涡旋光轨道角动量识别 被引量：1
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作者 成科 胡晓楠 +4 位作者 贺瑜 孟维佳 栾海涛 顾敏 方心远 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期262-271,共10页
完美涡旋光束(POVB)是径向强度分布和半径均与光束轨道角动量(OAM)状态无关的一类涡旋光,已被应用于光学操控、光通信、激光材料处理等领域。其中, POVB轨道角动量状态的探测是关键且有挑战的技术。本研究通过并行梯度下降算法,构建了... 完美涡旋光束(POVB)是径向强度分布和半径均与光束轨道角动量(OAM)状态无关的一类涡旋光,已被应用于光学操控、光通信、激光材料处理等领域。其中, POVB轨道角动量状态的探测是关键且有挑战的技术。本研究通过并行梯度下降算法,构建了光学衍射神经网络(DNN),实验上实现了轨道角动量阶数在-50~+50范围内的POVB的识别。在此过程中,衍射转换效率可达58%。本研究为POVB的OAM探测提供了新的思路,在POVB的各类应用中均存在潜在应用价值。 展开更多
关键词 傅里叶光学 轨道角动量探测 光学衍射神经网络 完美涡旋光束
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基于10.6μm波长的小型化非线性全光衍射深度神经网络建模方法
6
作者 孙一宸 董明利 +5 位作者 于明鑫 夏嘉斌 张旭 白雨晨 鹿利单 祝连庆 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2021年第8期395-406,共12页
提出了一种基于10.6μm波长的小型化非线性全光衍射深度神经网络建模方法。采用波长为10.6μm的二氧化碳(CO2)激光光源,其对应的神经网络物理尺寸为1mm×1mm,依据相关的光学物理参数特性,构建了基于10.6μm波长的非线性全光衍射深... 提出了一种基于10.6μm波长的小型化非线性全光衍射深度神经网络建模方法。采用波长为10.6μm的二氧化碳(CO2)激光光源,其对应的神经网络物理尺寸为1mm×1mm,依据相关的光学物理参数特性,构建了基于10.6μm波长的非线性全光衍射深度神经网络模型框架,使用网格搜索法确定最优的神经网络模型超参数,并选择交叉熵损失函数和Adam优化器对神经网络进行了优化。分别在MNIST手写数字数据集和Fashion-MNIST数据集上对该方法进行了测试,其分类结果分别达到了0.9630和0.8743。所提方法为制备小型化的全光衍射光栅提供了理论参考。 展开更多
关键词 光计算 非线性全光衍射深度神经网络 激活函数 10.6μm 深度学习
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