光重建技術背景：全息是一種應用廣泛的技術。它在計算成像、顯示、干涉測量、數據存儲等領域都扮演著重要的角色。將全息與其它光學手段區分開來的是其具有記錄和重建物體的強度和相位的能力。全息記錄通常是物波與參考波干涉生成將物波的振幅和相位都編碼的全息圖。全息重建則是從記錄的全息圖強度恢復物的信息。全息可以分為同軸全息和離軸全息。同軸全息是指物波和參考波共軸，具有系統簡單、大帶寬積、穩定性強、重建時受到共軛像干擾等特點。離軸全息是指物波和參考波有夾角，使得共軛像與期望的重建像分離，從而獲得清晰的重建像，但是帶寬積不如同軸全息，且系統較復雜，抗干擾能力較差。電子計算機和圖像傳感器(CCD、CMOS)的發展 ...

細胞級技術背景：生物組織是具有眾多特異性細胞到器官功能單元的復雜分級三維結構。空間關系、三維形態以及這些長度尺度內和跨尺度的相互作用共同為生物功能提供了基礎。因此，將單個細胞的空間結構和形態映射到完整器官的尺度是理解健康或疾病中系統級行為的依據。現有成像、數據存儲、分析技術無法在單細胞水平上繪制整個人體器官。更可行的方法是以較低的分辨率獲得整體空間分布，然后在其基礎上選擇感興趣區域進行更高分辨率的成像，這種類型的成像可以被認為是分級成像。目前，分級成像通常涉及在高分辨率成像之前對較大樣本進行物理二次采樣。物理子采樣對數據配準和收集正確或代表性子樣本的要求帶來了挑戰。當前對完整器官實現多尺度三維 ...

高效計算的場景。關鍵圖示：（1）片上矩陣乘法引擎，使用基于光子芯片的光頻梳生成多個波長執行并行乘法累加(MAC)運算，在利用相變材料的波導網絡中進行非相干相加（此處的光頻梳利用了工作在耗散克爾孤子態(dissipative Kerr soliton states, DKS)的芯片級微梳，因為其可以生成寬帶、低噪、完全集成的光頻梳）。a，數字和模擬電子架構與我們的光子張量核心架構的比較。數字電子（左）需要分布在多個內核上的許多連續處理步驟來計算圖像的卷積運算，而整個 MVM 可以使用模擬電子內存計算（中）一步執行。光子內存計算（右）將波長復用作為額外的自由度，在單個時間步長內實現多個 MVM ...

超透鏡技術背景：傳統的折射光學元件通常體積龐大且笨重，而對于從消費電子產品到基于無人機或衛星的遙感的各種應用，緊湊、輕便的光學元件是其所渴求的。近年來，超表面已成為波前控制的新平臺。超表面(metasurface)由厚度小于或接近光波長的、亞波長間隔的電介質或金屬天線陣列組成，它可以準確地調制光的相位、振幅和偏振，且外形緊湊、具有通用成像能力。目前，廣泛應用超透鏡(metalens)技術的主要障礙之一是其孔徑尺寸。增加透鏡孔徑的尺寸可以產生更高的成像分辨率，這對于顯微鏡和長距離成像應用來說都是至關重要的。具有納米級非周期性特征的光學超透鏡通常通過諸如電子束光刻(electron-beam li ...

尺寸保持、背景去除的策略來分離單個線粒體。跟蹤算法通過形態特征和位移的差異連接線粒體，隨后采取間隙閉合(gap-closing)的策略。使用 Mitometer，作者發現三陰性乳腺癌細胞的線粒體比受體陽性細胞的線粒體更快、更有方向性、更長。此外，還發現乳腺癌中的線粒體運動和形態與代謝活動相關，但在正常乳腺上皮細胞中則不然。Mitometer 是一種無偏且用戶友好的工具，有助于解決有關線粒體形態和功能的基本問題。潛在用途：（1）Mitometer 可適用于需要在嘈雜圖像中分割和跟蹤大小可變對象的各種其它應用，包括但不限于其他細胞器和細胞內結構。（2）Mitometer 與其他線粒體定 ...

器實現技術背景：量子計算在數據存儲和計算能力上都遠超經典計算。這是由于量子計算機存儲的是量子比特(qubit)，而一個量子比特可以表示量子態|0?和|1?的疊加，一次運算就可以同時處理兩個狀態的信息。傳統電子計算機則不同，其儲存電平的高低，一次只處理一個比特的狀態數據。因此，當處理2n比特的數據時，傳統計算機需要操作2n次，而量子計算機只需要對n個量子比特進行一次操作即可。量子比特的實現可由兩能級原子系統來表示也可由光的不同偏振方向表示(黃一鳴,“量子機器學習算法綜述”，2018)。結合量子計算的新型機器學習，量子機器學習近來取得了驚人的進展，其新穎的算法預示著近期量子計算機的有用應用。一個具 ...

息顯示技術背景：在眾多顯示應用中，全息是一種具有變革潛力的技術。如直視(direct-view)顯示，全息可以實現裸眼三維顯示。對于虛擬現實和增強現實中使用的近眼顯示器，全息顯示在感知真實感和視覺舒適度上也有更好的解決方案。對于汽車應用中的HUD(heads-up displays)，全息顯示器不僅具有自然對焦提示(focus cues)，還具有前所未有的圖像亮度和動態范圍。盡管計算機生成全息(conputer-generated holography, CGH)在光學系統和算法上已經有了許多進展，但是全息顯示使用相干光源產生的散斑使得全息還不能成為一個替代傳統顯示技術的成熟方案。散斑是由相干 ...

字全息技術背景：數字全息可無需透鏡、無需掃描實現三維成像。其可以具有很高的時間和空間分辨率，光路中的介質可以是線性或者非線性的。數字全息的應用包括光學輪廓和變形測量、波前傳感、相對較短距離的三維輪廓分析(與LIDAR技術的數百公里相比)、生命科學的顯微鏡和納米顯微鏡、粒子成像測速、層析和激光散斑對比(contrast)成像，以及通過計算機生成的全息圖在光遺傳學、數據存儲或虛擬和增強現實的近眼顯示器等領域產生復雜的三維波前等。文章創新點：德國馬克斯·普朗克量子光學研究所的Edoardo Vicentini(一作)和Nathalie Picqué(通訊)提出一種雙光梳數字全息術，可以獲得每一個光梳 ...

級觀測技術背景：活體組織中細胞和細胞器的長時間高時空分辨率監測對理解其生理現象具有重要意義，但是組織特殊的光學屬性使得長時間高時空分辨率監測非常困難。細胞的離體觀察難以反映其在體內的真實生物動態，例如腫瘤細胞在體外很容易被殺死，而在活體環境時，受到三維組織以及各種細胞因子的影響，想要殺死腫瘤細胞就變得沒那么容易。這個時候，就需要有效的三維活體成像手段來替代二維的體外研究。細胞之間以及細胞內的活動往往需要高時空分辨率的手段來應對，特別是哺乳動物，心跳和呼吸會在沒有高成像速率的情況下引入運動模糊和偽影。組織中折射率的不均勻分布會導致嚴重的光學像差，從而降低圖像分辨率和信噪比(SNR)。強光劑量會干 ...

于某些應用情景，這是不可接受的。當不允許使用磁鐵時，使用恒力彈簧是一種可行解決方案。有兩種類型的彈簧與此概念相關。1.一個長的線性彈簧經典的拉伸彈簧沒有恒定的力，因此乍一看它不適合質量補償（需要恒定的補償力）。但是，如果在尚未太緊的區域使用長彈簧，則力是相當恒定的。它并不完美，但壓電電機可以克服這種波動的力。使用線性彈簧進行質量補償是有效的，但需要足夠的高度才能在彈簧力恒定的彈簧區域中使用彈簧。只要有足夠的工作高度，這個概念就可以應用到任何平臺。這個想法的一個優點是，在不同的有效載荷的情況下，可以安裝不同的彈簧。這使得這個概念比磁質量補償更靈活。2.圓形恒力彈簧您可能從卷尺中知道這個原理。圓形 ...