近日，上海光機(jī)所微納光電子功能材料實驗室與復(fù)旦大學(xué)合作，在碳化鈦(Ti3C2Tx)納米片的非線性光學(xué)響應(yīng)和超快載流子動力學(xué)特性研究方面取得進(jìn)展，制備了基于Ti3C2TxMXene寬帶超快非線性激活器，并對其進(jìn)行了原理性驗證，揭示了Ti3C2Tx在光計算應(yīng)用方面的潛力。相關(guān)成果以“MXene-Based Broadband Ultrafast Nonlinear Activator for Optical Computing”為題發(fā)表于Advanced Optical Materials。

研究人員提出并制備了一種全光非線性激活器，利用2D Ti3C2Tx MXene和微納光纖結(jié)合，沿微納光纖表面?zhèn)鞑サ馁渴艌�，顯著增強(qiáng)了光與Ti3C2Tx的相互作用。產(chǎn)生的非線性光學(xué)響應(yīng)作為非線性激活函數(shù)，并應(yīng)用于光計算中。通過實驗測量得到的光學(xué)非線性激活函數(shù)驗證了MNIST手寫數(shù)字識別、Fashi-MNIST分類任務(wù)，準(zhǔn)確率分別達(dá)到97.54%、88.01%。同時，對于更復(fù)雜的熒光圖像超分辨率重構(gòu)任務(wù)，研究人員使用了具有光學(xué)非線性激活函數(shù)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成功生成了豐富的圖像細(xì)節(jié)以及清晰的紋理，并且恢復(fù)了準(zhǔn)確的高分辨率圖像。對于光學(xué)非線性激活器的研究，研究人員提出了四個必要的標(biāo)準(zhǔn)：恢復(fù)時間、對線性的偏離、接近恒等變換以及配置可重構(gòu)性，并且系統(tǒng)地研究了這四個標(biāo)準(zhǔn)背后的物理機(jī)制。

圖1.光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖，右側(cè)為基于MXene的非線性激活器。

圖2.在主觀效果方面評估由超分辨率重建產(chǎn)生的高分辨圖像。0ur2、our3、our4是我們實驗測量的激活函數(shù)，其中使用our3的網(wǎng)絡(luò)可以生成豐富的圖像細(xì)節(jié)以及清晰的紋理，同時恢復(fù)出準(zhǔn)確的高分辨率圖像。

這項工作中展示的全光學(xué)非線性激活函數(shù)及其原理器件對全光計算發(fā)展，實現(xiàn)高效計算具有較重要的價值。

相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院項目支持。

相關(guān)鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202200714