4波橫向剪切干涉波前傳感器及SID4一、波前探測技術波前表征了光線是如何傳播的，在光學中有著非常重要的作用，而如何準確迅速的測得波前就非常的重要了波前測量技術從1900年的哈特曼小孔掩膜測量法，到1970年的夏克-哈特曼微透鏡陣列掩膜法。2000年，Phasics改進了夏克-哈特曼技術，重新設計開發了帶有自己的掩膜，得到了Phasics 4波橫向剪切波前探測器。二、技術原理待測光進入到傳感器，經過衍射光柵分光，使±1級共4束衍射光通過，用CCD記錄干涉條紋。采集到的干涉條紋，經過傅里葉變換，分別提取到強度圖和XY方向的相位梯度，并合成為相位圖。這樣通過一次采集，就得到了該位置處的強度和相位信息 ...

AM使用螺旋波前exp描述，是方位角，是螺旋度。可見光和紅外區的OAM光束在顯微操縱、量子信息、光學數據傳輸等領域已經得到應用。在X射線區，OAM光束可以通過OAM交換直接修改原子狀態，并促進研究材料四極躍遷的新方法的開發。OAM的產生需要合適的光學器件和足夠明亮的相干光源。當前不足：通常通過將光學元件（如可編程空間光調制器、階梯式相位板和螺旋菲涅爾波帶板）插入光的傳播路徑中，可以輕松產生OAM光束，然而這些方法不適用于現代X射線自由電子激光器（XFEL，目前科學應應用中亮度最高的X射線源）。基于此，中國科學院上海應用物理研究所的Nanshun Huang和Haixiao Deng提出了一種不 ...

異質樣品時在波前積累的光學像差。AO與2PFM相結合，將校正的相位模式應用于物鏡后瞳平面(back pupil plane)的激發波前，可以實現衍射極限性能，并且可以在大腦表面以下數百微米處解析突觸。大腦的在體成像也需要高時間分辨率，對于大腦內的功能成像，需要亞秒級的時間分辨率來跟上神經元活動的產生和傳播。傳統的2PFM通過在三個維度上依序掃描其激發焦點來實現三維成像，這導致體積成像速率遠低于其二維幀率。使用貝塞爾光束作為激發焦點的體積2PFM成像，可以對焦點區域實現軸向拉長但是橫向受限，從而能夠同時對由二維掃描區域和貝塞爾焦點的軸向長度定義的體積內的結構進行成像，將二維幀速率轉換為三維體積速 ...

用直接調制光波前的空間光調制器可以以視頻速率更新全息圖，但是還不適合應用于移動全息視頻。要構建移動全息視頻顯示器，需要跨越空間帶寬積(決定了全息圖像的尺寸和視角。靜態全息圖以亞波長密度記錄全息信息，可以具有大的視角，而空間光調制器的像素尺寸大、像素數小，當前的空間光調制器的空間帶寬積比靜態全息介質小數百倍，因而視角小)、大的相干背光源(操縱光需要復雜的光學組件和大空間要求，全息視頻顯示很難如當今的平板顯示那么薄)、實時計算全息圖所需的巨大計算資源消耗(針對視頻幀率高質量的全息圖，已有的提高計算速度的優化算法依賴于集群處理器或者高性能的并行處理系統)等障礙。技術要點：基于此，韓國三星電子的Jun ...

成像)、新型波前整形、飛行時間漫射光學(TOF diffuse optics)、光聲技術(成像深度擴展到厘米級,分辨率較低)等。動態散射樣品(由熱變化和細胞運動引起的微觀運動)的光學散射特征會隨時間快速變化，為有效的活體深層組織成像帶來了挑戰。一種可行的策略是直接測量散射樣品的內部動態，利用這些動態變化來輔助成像。例如，在此類方法中，主要目標不是形成基于強度的光吸收或熒光發射圖像，而是通過著眼于散射輻射的時域動態(例如，時域方差或相關)來構建快速擾動樣品區域的空間映射(spatial map)。許多重要的生物現象導致光場隨時間發生這種動態變化，如血流和神經元放電事件(neuronal firi ...

tion)、波前記錄平面法(wavefront recording plane)、基于稀疏法(sparsity-based)、塊模型法(patch model)、多邊形模型法(polygon model)、射線-波前轉換法(ray-wavefront conversion)、基于層法(layer-based)。盡管GPU加速可以用于CGH計算，但是在與頭戴式顯示器結合時更傾向于專用的計算硬件系統。技術要點：日本千葉大學的Yota Yamamoto(一作兼通訊)、Tomoyoshi Ito等人在其研發的專用全息計算硬件系統HORN-8基礎上，證實了其可以計算超出硬件內存的點云數據(內存大小只支持 ...

的突觸權重由波前的衍射(瑞利-索末菲衍射理論)調制決定。每個衍射光電神經元對其加權輸入進行光場求和，并通過復激活函數(sCMOS的光電轉換過程)對復數入射光場生成單元輸出。如圖1c-e,通過DPU的不同組合(時間上或空間上)，可以產生衍射深度神經網絡(diffractive deep neural network,D2NN)、網絡中的衍射網絡(diffractive network in network,D-NIN-1)、衍射循環神經網絡(diffractive recurrent neural network,D-RNN)。DMD和SLM作為光學調制器，擔當輸入節點，sCMOS作為光電探測器 ...

度和相位(或波前)分布的輸出光束。它在光刻、材料加工、激光或 LED 投影儀、光通信以及光檢測和測距（激光雷達）中得到廣泛應用。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 ...

間內的獨立光波前控制成為可能。基于類似的原理，通過同時選擇入射方向和光偏振，五層等離子體超表面被證明可以產生三個波前操作。值得注意的是，這些實現了多功能全空間光控制的超表面主要在微波波段，且使用印刷電路板技術制備。然而，考慮到金屬的固有吸收損耗，顯然將上述結構配置直接轉移到可見波段將不可避免地難以見效。此外，具有相當小尺寸和多層不同幾何形狀的meta-atoms的實際實現無疑會使納米加工過于繁重和昂貴，在實際應用中應認真考慮這一點。因此，迫切需要一種新穎且簡便的超表面架構，該架構允許對全空間可見光進行多功能控制，并具有高效和輕快的設計復雜性。單層介質型超表面(dielectric metafa ...

、表面輪廓、波前傳感、光學計量和超快光學中的各種應用受益。（4）SPI與全息結合產生單像素全息（SPH）可獲得振幅和相位信息。為了將衍射光的快速振蕩抑制到現代探測器可以達到的范圍，采用額外參考光束的全息方法成為復原光場信息的有效和直觀的方法之一。因此，當與這種方法結合時，SPI 可以進一步推廣以從樣本中提取復值信息，命名為單像素全息 (SPH)。早在 2013 年，克萊門特等人使用基于液晶的 SLM 和桶單像素（bucket single pixel）來成像相位物體。后來，數字微鏡器件（DMD）被用作提高照明速度的主要器件。使用 DMD，在緊湊的 SPH 系統中同時實現了快速熒光成像和相位成像 ...