全光信息處理具有響應(yīng)速度快、損耗低、并行度高等優(yōu)勢，在圖像識別、視頻分析和智能傳感等諸多領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。作為全光信息處理的主要載體，全光衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過層間光學衍射實現(xiàn)光信號的快速處理。然而，傳統(tǒng)全光衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)受其互易特性的制約，無法實現(xiàn)單向到雙向信息處理的功能切換，難以兼顧信息安全和數(shù)據(jù)共享。面對用戶多樣化的信息獲取需求，如何在確保信息安全的前提下達成數(shù)據(jù)共享是全光信息處理領(lǐng)域需要解決的難題之一。

在國家自然科學基金項目（批準號：61988102，62271320）資助下，上海理工大學莊松林院士、朱亦鳴教授和臧小飛教授團隊與寧波東方理工大學（暫名）丁飛教授團隊針對上述難題，提出相位調(diào)控和偏振旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的全光信息處理方法，研究成果以“面向信息安全和共享的偏振選擇性單向-雙向衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”(Polarization-selective unidirectional and bidirectional diffractive neural networks for information security and sharing)為題，于2025年5月14日在線發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。

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反應(yīng)原理圖

研究團隊通過控制超構(gòu)表面單元結(jié)構(gòu)面內(nèi)旋轉(zhuǎn)方向，調(diào)控光衍射過程中的相位和偏振態(tài)，從而構(gòu)建出偏振可切換的衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該架構(gòu)在x-/y-偏振入射下實現(xiàn)信息的單向傳輸，在45°線偏振入射下實現(xiàn)信息的雙向傳輸，形成非對稱的全光衍射處理，解決了光信號單向傳輸?shù)诫p向傳輸功能切換的問題。進一步，團隊設(shè)計了級聯(lián)型雙層超構(gòu)表面分類和成像器件，搭建了具有100×100個神經(jīng)元的偏振選擇性單向-雙向衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)(圖)，驗證了新型全光信息處理方法的有效性。