团队开发出绕过任意不透明墙壁进行通信的新方法
发布时间：2023-11-07 01:53:26.000Z
在任意不透明遮挡物周围进行光通信的电子编码和衍射解码图解，以及 3D 打印衍射全光解码器原型的照片。资料来源：加州大学洛杉矶分校奥兹坎实验室
利用紫外线、可见光或红外线在自由空间进行信息传输越来越受到人们的关注，这是因为高数据速率通信具有较大的带宽。然而，发射器和接收器之间的路径上存在不透明的遮挡物或墙壁，往往会阻挡直接视线，从而妨碍信息传输。
在发表于《自然-通讯》（Nature Communications）的一篇新文章中，加州大学洛杉矶分校塞缪利工程学院和加州纳米系统研究所的研究人员团队，在校长电气与计算机工程教授艾多甘-奥兹坎（Aydogan Ozcan）博士和诺斯罗普-格鲁曼公司加州大学洛杉矶分校捐赠讲座教授莫娜-贾拉希（Mona Jarrahi）博士的领导下，报告了一种围绕任意形状的不透明遮挡物或墙壁传输光学信息的全新方法。
这种方法允许在大型和动态变化的不透明遮挡物周围传输光学信息，例如图像。它基于发射器的数字编码和接收器的衍射全光学解码，用于绕过完全阻挡发射器和接收器孔径之间直接视线的任意不透明遮挡物传输信息。
在这一方案中，任何需要传输的图像或空间信息都被编码在传输波的相位信道中。这种传输相位结构由使用深度学习训练的编码器神经网络计算，并被阻挡发射器和接收器之间路径的不透明遮挡物或墙壁散射。
然而，来自不透明墙壁边缘的散射光会到达一个特殊的接收器，该接收器经过优化，可以解码编码器的信息。这种对接收波的解码无需任何外部电源或数字数据处理，只需利用光通过一组空间工程表面（衍射层）的被动衍射，这些表面也利用深度学习进行了优化，从而在输出视场全光学地恢复原始信息。
加州大学洛杉矶分校的研究人员利用太赫兹波在任意形状的不透明遮挡物/墙周围传输图像，在实验中演示了他们的方法。实验表明，这种方法能够抵御通信信道中的未知变化，并能在不透明遮挡物周围传输随时间改变大小和形状的图像。研究人员相信，他们的框架将在新兴的高数据率自由空间通信系统中得到应用。
此外，加州大学洛杉矶分校团队从不透明遮挡物中获取边缘散射函数的工程学方法还能在安防、机器人和可穿戴设备中实现多种应用，包括向遮挡物以外的移动装置传输电力，或看到夹在遮挡物之间的物体。
这项工作的作者是加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院和加州纳米系统研究所（CNSI）的Md Sadman Sakib Rahman、Tianyi Gan、Emir Arda Deger、Çağatay Işıl、Mona Jarrahi和Aydogan Ozcan。
参考资料
Md Sadman Sakib Rahman et al, Learning diffractive optical communication around arbitrary opaque occlusions, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42556-0
