Effects of interlayer reflection and interpixel interaction in diffractive optical neural networks

光学 太赫兹辐射 反射(计算机编程) 衍射 折射率 人工神经网络 材料科学 光电子学 计算机科学 物理 人工智能 程序设计语言
作者
Ming Lou,Yingjie Li,Cunxi Yu,Berardi Sensale‐Rodriguez,Weilu Gao
出处
期刊:Optics Letters [The Optical Society]
卷期号:48 (2): 219-219 被引量:3
标识
DOI:10.1364/ol.477605
摘要

Multilayer diffractive optical neural networks (DONNs) can perform machine learning (ML) tasks at the speed of light with low energy consumption. Decreasing the number of diffractive layers can reduce inevitable material and diffraction losses to improve system performance, and incorporating compact devices can reduce the system footprint. However, current analytical DONN models cannot accurately describe such physical systems. Here we show the ever-ignored effects of interlayer reflection and interpixel interaction on the deployment performance of DONNs through full-wave electromagnetic simulations and terahertz (THz) experiments. We demonstrate that the drop of handwritten digit classification accuracy due to reflection is negligible with conventional low-index THz polymer materials, while it can be substantial with high-index materials. We further show that one- and few-layer DONN systems can achieve high classification accuracy, but there is a trade-off between accuracy and model-system matching rate because of the fast-varying spatial distribution of optical responses in diffractive masks. Deep DONNs can break down such a trade-off because of reduced mask spatial complexity. Our results suggest that new accurate and trainable DONN models are needed to advance the development and deployment of compact DONN systems for sophisticated ML tasks.
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