具有可重構衍射處理單元的大規模神經形態光電計算技術背景：由電子驅動的計算處理器在過去十年中有了巨大的發展，從通用中央處理器 (CPU) 到專用計算平臺，例如圖形處理器 (GPU)、現場可編程門陣列(FPGA)和專用集成電路(ASIC)，以滿足日益增長的計算資源需求。這些硅計算硬件平臺的進步通過允許訓練更大規模和更復雜的模型，為人工智能 (AI) 的復興做出了巨大貢獻。各種神經計算架構在廣泛領域得到了廣泛應用，例如卷積神經網絡 (convolutional neural networks,CNN)、循環神經網絡 (recurrent neural networks,RNN)、尖峰神經網絡(sp ...

ence使用衍射深度神經網絡的全光機器學習技術背景：深度學習是發展最快的機器學習方法之一，它利用在計算機中實現的多層人工神經網絡對數據的表示和抽象進行數字化學習，并執行高級任務，與人類專家的表現相當甚至優于人類專家。深度學習的最新應用進展主要包括醫學圖像分析、語音識別、語言翻譯、圖像分類等。除了這些主流應用之外，深度學習方法也被用于解決逆成像問題。當前不足：當前的深度學習框架主要是在計算機中訓練及執行的，而受限于摩爾定律接近其物理極限，硅基計算機的性能增長已經逐漸達到不可持續的水平，急需新一代的計算模式。文章創新點：基于此，美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)Aydogan Ozcan組的Xin ...

點只有處于從衍射二維 面出發，并在觀察者的眼睛處結束的線上時才可見。無論全息圖的構圖、分辨率或方向如何，這種被描述為“裁剪(clipping)”或“漸暈(vignetting)”的限制都會存在。裁剪的實際效果是必須像電視一樣觀看全息圖。也就是說，對于有限尺寸的全息圖，可實現的z佳面內視角是圍繞顯示表面有360°。然而，任何單個圖像點周圍的z大視角都小于 360°，并且隨著圖像點遠離全息顯示表面而迅速減小。而自由空間立體顯示器在任何深度的每個圖像點周圍都具有360° 的平面內視角。裁剪幾乎排除了與未來三維顯示器相關的幾乎所有顯示幾何特性，包括長焦投影、高沙盤和環繞觀察者或其它物理對象的圖像。這些 ...

折射、反射和衍射光學元件都可用于光束轉換器。常用的折射或反射光束轉換器，設計時通常基于射線光學理論。設計問題主要由三種類型的方程約束：光束的能量守恒、以向量形式的斯涅爾定律(Snell's law)支配的光線追蹤方程以及描述在輸入和輸出波前之間等光程的Malus-Dupin定理 。此外，對于制造問題，應考慮面型的表面連續性。光束轉換器的發展路線為從輸入和輸出光束保持平面波前且輻照度旋轉對稱分布到更一般的非旋轉對稱的情況，從近軸近似到非近軸情況。其中突出的理論有適用于近軸或小角度近似的最優傳輸 (optimal transport, OT) 理論，非近軸情況下設計問題用類型的非線性偏微分 ...

高幀率記錄。衍射圖案的變化用于監測樣品所經歷的運動。實驗結果：圖2：用于3D dSTORM成像、無監督數據采集和活細胞單分子跟蹤的定制基準實時亞納米聚焦和動態聚焦參考文獻：Coelho, S., Baek, J., Walsh, J. et al. Direct-laser writing for subnanometer focusing and single-molecule imaging. Nat Commun 13, 647 (2022).DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-022-28219-6更多詳情請聯系昊量光電/歡迎直接聯系昊量光電關于昊量光 ...

法應用于光學衍射層析成像，并在數值和實驗上證明了光學厚樣品的三維重建相比使用基于弱散射近似的傳統方法，保真度更高。圖1、所提方法示意圖。 (a) 給定入射場和三維散射勢 (v)，正向模型在通過pupil mask (P) 后在探測器處得到散射場和透射場 (y)。（ b ）傳統和修正后的玻恩級數之間的比較。傳統的玻恩級數通常發散，但修正后的級數總是收斂。(c) 估計的三維與Mie理論和FDTD結果的比較。(d)逆向模型在給定y和的情況下迭代地尋找未知v。這是通過使用修正后的玻恩級數作為傳播器反向傳播誤差來計算的。(e) Rytov近似與所提出的方法之間的重建性能比較。使用所提出的方法重建的層析圖 ...

播由基爾霍夫衍射積分描述，這相當于場與固定核的卷積。此操作代表了卷積神經網絡 (CNN，大多數視覺計算應用程序的第1選擇神經網絡架構) 的基本構建塊之一。然而，為了使波傳播成為光學計算的有用工具，我們需要可編程性。例如，卷積核能夠被設計。這可以通過傅立葉光學實現，光路中特定的透鏡排布可以將物理上正向或逆傅立葉變換應用于光場。插入到光路傅立葉平面中的光學元件實現了輸入場與光學元件的幅度和相位的逐元素相乘。通過卷積定理可知，這對應于輸入場與插入光學元件的逆傅立葉變換的卷積。因此，可以使用透鏡和其它光學元件以光速將圖像的光場與任意卷積核進行卷積。過去，這種見解已被用于設計光相關器(optical c ...

術背景：超越衍射極限分辨率的光學成像技術推動了細胞內研究和單分子水平化學反應研究的發展。超分辨率受激發射損耗顯微鏡可以實現具有超高時空精度的三維成像。對于單分子檢測和定位技術，如隨機光學重建顯微鏡或光激活(photo-actived)定位顯微鏡,可光開關探針(photo-switchable probes)的位置定義為衍射極限點的中心位置。多次重復成像過程，每一次對不同的隨機激活熒光團成像，可以實現納米級的重建分辨率。然而，對樣品透明性的要求，使得這些超分辨顯微鏡技術不可能用于被強散射介質(如生物組織、磨砂玻璃、粗糙墻角等)掩埋的物體。這些介質對光的吸收不強烈，但是擾亂了光路，產生像噪聲一樣的 ...

前傳播過程的衍射積分進行數字聚焦。數字全息已在生物學、診斷學和醫學、微流控和片上實驗室成像(lab on a chip)、三維追蹤、細胞力學、即時檢驗(point of care testing)、環境監測等領域得到了廣泛的應用。相襯層析(phase contrast tomography，PCT)可以從不同方向探測樣品，從而測量出樣品的三維折射率分布。多方向探測可通過移動光源、旋轉樣品的等方式獲得樣品不同方向的信息。當前不足：當前基于數字全息的PCT需要在機械或光電激光束掃描設備的情況下完成三維成像。文章創新點：基于此，意大利那不勒斯費德里克二世大學的Zhe Wang(第一作者)和Pietr ...

非線性抑制了衍射極限激光焦點不可避免的橫向和軸向拖尾，從而保證了沿所有三個空間方向的激發和后續化學反應的關鍵濃度。重要的是，沒有額外非線性的單光子吸收不能從根本上提供這種濃度來制造任意3D 結構。為了獲得有效的雙光子吸收，通常使用鎖模皮秒或飛秒激光源。盡管雙光子光刻是一項成熟的技術，但在3D激光納米打印中使用飛秒激光器獲得有效的雙光子吸收仍有許多缺陷。首先，當從足夠多的聚合物交聯點向上增加激光功率時，由于三光子和四光子吸收過程以及更甚的開始，會發生微爆炸，從而導致多余的高能電子態。通常，發生微爆炸的激光功率比寫入點高一個數量級以下。即使在寫入點，光刻膠中的小污染物或污垢微粒也會引發微爆炸。此類 ...