上海光机所在用于光计算的宽带超快非线性激活器研究方面取得新进展

近日，上海光机所微纳光电子功能材料实验室与复旦大学合作，在碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片的非线性光学响应和超快载流子动力学特性研究方面取得进展，制备了基于Ti3C2TxMXene宽带超快非线性激活器，并对其进行了原理性验证，揭示了Ti3C2Tx在光计算应用方面的潜力。相关成果以“MXene-Based Broadband Ultrafast Nonlinear Activator for Optical Computing”为题发表于Advanced Optical Materials。

研究人员提出并制备了一种全光非线性激活器，利用2D Ti3C2Tx MXene和微纳光纤结合，沿微纳光纤表面传播的倏逝场，显著增强了光与Ti3C2Tx的相互作用。产生的非线性光学响应作为非线性激活函数，并应用于光计算中。通过实验测量得到的光学非线性激活函数验证了MNIST手写数字识别、Fashi-MNIST分类任务，准确率分别达到97.54%、88.01%。同时，对于更复杂的荧光图像超分辨率重构任务，研究人员使用了具有光学非线性激活函数的卷积神经网络成功生成了丰富的图像细节以及清晰的纹理，并且恢复了准确的高分辨率图像。对于光学非线性激活器的研究，研究人员提出了四个必要的标准：恢复时间、对线性的偏离、接近恒等变换以及配置可重构性，并且系统地研究了这四个标准背后的物理机制。

图1.光学神经网络示意图，右侧为基于MXene的非线性激活器。

图2.在主观效果方面评估由超分辨率重建产生的高分辨图像。0ur2、our3、our4是我们实验测量的激活函数，其中使用our3的网络可以生成丰富的图像细节以及清晰的纹理，同时恢复出准确的高分辨率图像。

这项工作中展示的全光学非线性激活函数及其原理器件对全光计算发展，实现高效计算具有较重要的价值。

相关工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院项目支持。

相关链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202200714