近日，上海光機所微納光電子功能材料實驗室與復旦大學合作，在碳化鈦(Ti3C2Tx)納米片的非線性光學響應和超快載流子動力學特性研究方面取得進展，制備了基于Ti3C2TxMXene寬帶超快非線性激活器，并對其進行了原理性驗證，揭示了Ti3C2Tx在光計算應用方面的潛力。相關成果以“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�，顯著增強了光與Ti3C2Tx的相互作用。產(chǎn)生的非線性光學響應作為非線性激活函數(shù)，并應用于光計算中。通過實驗測量得到的光學非線性激活函數(shù)驗證了MNIST手寫數(shù)字識別、Fashi-MNIST分類任務，準確率分別達到97.54%、88.01%。同時，對于更復雜的熒光圖像超分辨率重構(gòu)任務，研究人員使用了具有光學非線性激活函數(shù)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡成功生成了豐富的圖像細節(jié)以及清晰的紋理，并且恢復了準確的高分辨率圖像。對于光學非線性激活器的研究，研究人員提出了四個必要的標準：恢復時間、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)地研究了這四個標準背后的物理機制。

圖1.光學神經(jīng)網(wǎng)絡示意圖，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)絡可以生成豐富的圖像細節(jié)以及清晰的紋理，同時恢復出準確的高分辨率圖像。

這項工作中展示的全光學非線性激活函數(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。

相關工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院項目支持。

相關鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adom.202200714