Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2507.08253

帮助 | 高级搜索

物理学 > 光学

arXiv:2507.08253 (physics)
[提交于 2025年7月11日 ]

标题: 使用衍射处理器的大规模并行和非线性函数的通用逼近

标题: Massively parallel and universal approximation of nonlinear functions using diffractive processors

Authors:Md Sadman Sakib Rahman, Yuhang Li, Xilin Yang, Shiqi Chen, Aydogan Ozcan
摘要: 非线性计算对于广泛的信息处理任务至关重要,但由于光学非线性的弱性和高能耗特性,使用光学系统实现非线性函数仍然是一项挑战。 无需依赖非线性光学材料来克服这一限制,可以为超快和并行的光学计算系统开辟前所未有的机会。 在此,我们展示了可以通过由被动相位仅表面组成的优化衍射处理器,使用线性光学进行大规模非线性计算。 在此框架中,非线性函数的输入变量被编码到光波前的相位中,例如通过空间光调制器(SLM),并通过具有空间变化点扩散函数的优化衍射结构进行转换,以产生输出强度,这些强度近似表示一大组独特的非线性函数,全部并行进行。 我们提供了证明,确立了这种架构作为任意一组带限非线性函数的通用函数逼近器,也涵盖了多变量和复数值函数。 我们还数值地展示了百万个不同非线性函数的并行计算,在衍射光学处理器输出处以波长尺度的空间密度准确执行。 此外,我们通过原位光学学习验证了这个框架,并使用一个由SLM和图像传感器组成的紧凑装置在单次拍摄中近似了35个独特的非线性函数。 这些结果确立了衍射光学处理器作为大规模并行通用非线性函数逼近的可扩展平台,为基于线性材料的模拟光学计算的新能力铺平了道路。
摘要: Nonlinear computation is essential for a wide range of information processing tasks, yet implementing nonlinear functions using optical systems remains a challenge due to the weak and power-intensive nature of optical nonlinearities. Overcoming this limitation without relying on nonlinear optical materials could unlock unprecedented opportunities for ultrafast and parallel optical computing systems. Here, we demonstrate that large-scale nonlinear computation can be performed using linear optics through optimized diffractive processors composed of passive phase-only surfaces. In this framework, the input variables of nonlinear functions are encoded into the phase of an optical wavefront, e.g., via a spatial light modulator (SLM), and transformed by an optimized diffractive structure with spatially varying point-spread functions to yield output intensities that approximate a large set of unique nonlinear functions, all in parallel. We provide proof establishing that this architecture serves as a universal function approximator for an arbitrary set of bandlimited nonlinear functions, also covering multi-variate and complex-valued functions. We also numerically demonstrate the parallel computation of one million distinct nonlinear functions, accurately executed at wavelength-scale spatial density at the output of a diffractive optical processor. Furthermore, we experimentally validated this framework using in situ optical learning and approximated 35 unique nonlinear functions in a single shot using a compact setup consisting of an SLM and an image sensor. These results establish diffractive optical processors as a scalable platform for massively parallel universal nonlinear function approximation, paving the way for new capabilities in analog optical computing based on linear materials.
评论: 28页,7图
主题: 光学 (physics.optics) ; 神经与进化计算 (cs.NE); 应用物理 (physics.app-ph)
引用方式: arXiv:2507.08253 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2507.08253v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.08253
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Aydogan Ozcan [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 11 日 01:54:10 UTC (1,296 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
physics.optics
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-07
切换浏览方式为:
cs
cs.NE
physics
physics.app-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号