Оптические нейронные сети

Архитектура D²NN

Diffractive Deep Neural Network (D²NN) — полностью оптическая нейросеть, использующая дифракцию света для вычислений.

Структура

Вход → Слой 1 → Слой 2 → ... → Слой N → Детектор
       (DOE)     (DOE)          (DOE)

Каждый слой — дифракционный оптический элемент (DOE) с обучаемой фазовой маской.

Математическое описание

Передача через слой $l$:

где:

• $t^{(l)}(x,y) = e^{i\phi^{(l)}(x,y)}$ — комплексная передаточная функция
• $\mathcal{P}_z$ — оператор распространения на расстояние $z$
• $\phi^{(l)}(x,y)$ — обучаемая фазовая маска

Обучение оптических систем

Функция потерь

где $\hat{y}_n$ — интенсивность на детекторе.

Градиентный спуск

Обновление фазовой маски:

Градиенты вычисляются через автоматическое дифференцирование.

Пространственные модуляторы света

SLM (Spatial Light Modulator) — устройство для динамического управления фазой/амплитудой света.

Типы SLM