无序法布里-珀罗腔中结构非线性的量化

中文摘要 AI 辅助

结构非线性是指从纯线性过程中涌现出的非线性输入-输出变换。在光学中，这源于光与输入数据的多次相互作用。当前的实现要么实现有限次数的相互作用，要么实现对光场的部分调制。在本研究中，我们提出了一种同时实现任意多次相互作用和完全调制的架构。我们的设计由一个法布里-珀罗腔组成，其中一个反射镜被替换为空间光调制器，数据显示在该调制器上。我们开发了一个解析模型，从中推导出非线性主要指标的闭式表达式，并与实验取得了良好的一致性。我们的分析超越了当前的实现，揭示了独立于特定物理系统的关系，为结构非线性的统一描述提供了基础，并为机器学习应用提供了基于第一性原理的设计指南。

英文摘要

Structural nonlinearity is the emergence of nonlinear input-output transformations from purely linear processes. In optics, this arises from the multiple interactions of light with input data. Current implementations achieve either a finite number of interactions, or partial modulation of the optical field. In this study, we present an architecture that combines both arbitrarily many interactions and full modulation. Our design consists of a Fabry-Pérot cavity, where one mirror is replaced by a spatial light modulator on which data is displayed. We develop an analytical model from which we derive closed-form expressions for the main metrics of nonlinearity, and find good agreement with experiment. Our analysis extends beyond the present implementation and reveals relationships that are independent of a specific physical system, providing a basis for a unified description of structural nonlinearity, and a first-principles design guide for machine learning applications.

发表机构

• Laboratoire Kastler Brossel, École Normale Supérieure - Université Paris Sciences et Lettres, Sorbonne Université, Collège de France, CNRS（卡斯勒-布罗塞尔实验室，巴黎高等师范学院-巴黎文理研究大学，索邦大学，法兰西公学院，法国国家科学研究中心）

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