近日，國際頂級期刊《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）在線發(fā)表了上海理工大學(xué)智能科技學(xué)院顧敏院士、張啟明教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)突破性研究成果。該團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新性將微型光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Diffractive Neural Networks, DN2s）與多模光纖集成，成功實(shí)現(xiàn)全光實(shí)時(shí)圖像傳輸技術(shù)，為醫(yī)學(xué)內(nèi)窺鏡成像與下一代光通信系統(tǒng)提供了革命性解決方案。論文第一作者為蔚浩義特聘副教授。

技術(shù)突破：光信號處理無需“光電轉(zhuǎn)換”

“傳統(tǒng)多模光纖因模式耦合易受彎折干擾，導(dǎo)致信號失真，如同透過毛玻璃看世界�！睆垎⒚鹘淌诮忉專�“我們的光學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就像在光纖末端安裝了一臺‘智能顯微鏡’，實(shí)時(shí)糾正畸變，還原清晰信息流。”

蔚浩義表示“我們采用3D雙光子納米光刻技術(shù)，在直徑不足0.1毫米的多模光纖端面精準(zhǔn)制造出多層微型光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。”這一結(jié)構(gòu)可直接在可見光波段對傳輸中的散斑圖案進(jìn)行振幅與相位信息的實(shí)時(shí)解析，無需傳統(tǒng)AI技術(shù)所需的“光-電-算”轉(zhuǎn)換步驟，首次實(shí)現(xiàn)了多模光纖內(nèi)光信號的全光學(xué)智能處理。微型光纖圖像傳輸技術(shù)能夠直接應(yīng)用于光纖內(nèi)窺鏡支持的精準(zhǔn)醫(yī)療、微創(chuàng)腦神經(jīng)細(xì)胞的實(shí)時(shí)成像研究，為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供一個前所未有的技術(shù)平臺。同時(shí)，因?yàn)槎嗄９饫w能夠承載的光學(xué)信息模式數(shù)量是傳統(tǒng)單模光纖的數(shù)萬倍，多模光纖圖象傳輸技術(shù)在新一代高速度光通信、量子信息處理、微型光子學(xué)器件等信息科學(xué)領(lǐng)域具有重要價(jià)值。

成果演示圖

未來展望：從癌癥早篩到超高速光通信

現(xiàn)有內(nèi)窺鏡因圖像失真可能漏檢微小腫瘤，而此項(xiàng)新技術(shù)可提升圖像分辨率與信噪比，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，助力醫(yī)生識別早期癌癥特征。未來，患者可通過更小創(chuàng)傷的微型設(shè)備，獲得接近病理切片級的實(shí)時(shí)影像，大幅提高篩查效率。

此外，傳統(tǒng)單模光纖受限于物理特性，帶寬接近理論極限�，F(xiàn)有的多模光纖雖可容納更高容量，卻因失真難以實(shí)用。利用團(tuán)隊(duì)新技術(shù)通過全光處理突破瓶頸，將助力實(shí)現(xiàn)超高速度的通信，為6G通信、元宇宙等超大數(shù)據(jù)場景鋪路。

顧敏院士總結(jié)道：“這一技術(shù)成果不僅為光學(xué)智能內(nèi)窺鏡技術(shù)和高速光通信技術(shù)提供了技術(shù)平臺，更是實(shí)現(xiàn)新一代的低能耗、高算力、高通量的光學(xué)人工智能技術(shù)的一項(xiàng)重要突破�！�

成果實(shí)驗(yàn)圖

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-025-01621-4