Metasurface-Based Wavelength-Multiplexed Diffractive Neural Networks for Multilabel Intelligent Vision

计算机科学 人工神经网络 RGB颜色模型 人工智能 交错 对象(语法) 调制(音乐) 视觉对象识别的认知神经科学 神经形态工程学 模式识别(心理学) 智能决策支持系统 相(物质) 感知 计算机视觉 接头(建筑物) 机器视觉 波长 平行性(语法) 光学计算 全息术
作者
Rui Yang,Lei Chen,Zhao Wang,Liangpeng Wei,Mingke Wu,Daqi Zhu,Yinan Zhang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:26 (17): 5825-5832
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.6c00655
摘要

Diffractive neural networks (DNNs) offer an energy-efficient platform for optical artificial intelligence by exploiting the inherent parallelism of light propagation. However, most existing DNN architectures are limited to single-label recognition, restricting their applicability to complex real-world visual perception tasks. Here, we propose a metasurface-based wavelength-multiplexed diffractive neural network (WMDNN) capable of multilabel object recognition by simultaneously identifying the object category and color in a single optical forward pass. The system is implemented using cascaded titanium dioxide (TiO2) metasurfaces based on the Pancharatnam–Berry phase principle. By spatially interleaving TiO2 nanoblocks with distinct geometries within each optical neuron, we achieve independent and parallel phase modulation across the RGB wavelengths for intelligent recognition of trichromatic objects. The proposed architecture is validated on a joint category–color Fashion-MNIST data set, achieving numerical and experimental accuracies of 91.7% and 85.8%, respectively. This work paves the way for high-dimensional intelligent perception systems through wavelength multiplexing.
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