近日，上海理工大学庄松林院士和顾敏院士领导的未来光学国际实验室首次利用机器学习反求设计（machine-learning inversedesign）实现了三维矢量全息的新概念。

据介绍，这项发明是光学全息技术领域的一次重大突破，其提供的基于机器学习的反求设计可精准且迅速地产生一个或多个任意三维矢量光场，有望应用在超宽带全息显示、超安全信息加密、超容量光存储和超精确粒子操控等领域。

相关研究成果于4月18日发表在学术刊物《科学进展》上。

顾敏院士指导的科研人员利用机器学习反求设计率先实现了三维矢量全息，可精确地控制三维全息图像中每个像素点的任意三维矢量状态。“通过机器学习的人工智能新科技，我们首次实现了三维矢量光的操控，并将机器学习的算法延伸到光学全息中去，”顾敏院士说，“这样的操控是全方位的，包括对三维矢量光携带的信息进行编码、传输和解码，因而消除了传统二维偏振光的束缚。”

文章第一作者任浩然博士表示，机器学习在光学设计中扮演着越来越重要的作用。研究表明，训练后的人工神经网络可有效地、快速地产生任意三维矢量光场，达到接近百分之百的准确性，极大地提高了光场调控的效率。

这项发明还为光学全息开辟了一条新道路，首次在全息中证明光的三维矢量状态可以作为独立的信息载体，实现信息的编码和复用。

據了解，该项工作得到了墨尔本皇家理工大学（RMIT）人工智能纳米光子学实验室以及计算机科学系的支持。