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 ...

像素邊緣發生衍射，限制了體素分辨率，使得這種光線追跡簡化不會發生。即使像素密度為每度100s，當物體投影離光場顯示顯示器平面太遠時，由于像素之間的衍射，它也會變得模糊。這種衍射效應無法避免，并且本質上會降低光場顯示器的深度分辨率和accommodation。圖3、體素從發射平面投影的圖示 a 光場顯示，b 全息顯示為了消除較小像素尺寸所經歷的衍射現像，像素之間需要很強的相干性，從而使光場顯示與全息無法區分。再現accommodation的難度引起了視覺不適，因此不得不限制顯示的景深。為了再現顯示器平面之外的體素，光線需要被光學系統聚焦在那個點上。如果不能隨意重新聚焦子像素，光場顯示器只能從發射 ...

合優化而來的衍射光學元件(diffractive optical element，DOE )組成。點擴散函數形成的物理機制可以建模為：點物從無窮遠處以平面波形式入射進光學系統，經DOE相位調制、自由空間傳播、單反鏡頭相位調制、自由空間傳播、在相機上產生點物的強度分布，即點擴散函數h。(2) 基于CNN的圖像重建。使用U-net架構從測得的y恢復x。具體來說，U-net使用跳躍連接并且有5個尺度，每個尺度有4個連續的下采樣操作(maxpool)和4個連續的上采樣操作。在U-Net 的每個尺度上，都包含一個額外的卷積層；每個卷積層后跟一個修正線性單元(ReLU)。BatchNorm層在每個上采樣層 ...

的能力，為亞衍射極限光子器件的演示提供了誘人的基礎。然而，用于現實世界應用的實用且可擴展的等離子體光電子學仍然難以捉摸。在這項工作中，作者設計、生長、制造和描述了單片集成和亞衍射極限厚度的長波紅外(8-13um)探測器。作者：Leland Nordin, Priyanka Petluru, ...Daniel Wasserman鏈接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.43803913.標題：用于高靈敏度圖像傳感器的全色分選超透鏡簡介：高靈敏的圖像傳感器允許暗場景/超快成像。而傳統的圖像傳感器上的彩色濾光片阻攔了部分可檢測的光。在這里，作者證明了一種偏振不敏感的超表面 ...

考光照射下的衍射光通過分束器的一個方向到達人眼，真實環境通過分束器的另一個方向進入人眼，形成組合帶有AR圖像的背景環境圖像。傳統的AR/VR設備基于雙目視覺顯示或光場顯示，兩者都可能存在聚散調節沖突(vergence-accommodation conflicts)，導致用戶頭暈或疲勞。全息顯示器提供3D視覺感知，而不會在觀看者中產生會聚聚焦沖突(convergence-focusing conflict)，從而減輕這些負面的用戶體驗。在工業/企業應用之外采用AR的速度很慢，部分原因是上述物理影響。消費者對智能眼鏡和AR設備的廣泛采用之所以興趣低迷，其另一個原因是長時間佩戴頭戴式設備 (HMD ...

成像、X射線衍射層析、光聲成像、全息、相位成像、核磁共振成像、眼科成像、血細胞計數、超快成像、長距成像等。英國格拉斯哥大學的Matthew P. Edgar, Graham M. Gibson & Miles J. Padgett等人撰寫綜述文章，介紹了單像素成像的原理和應用前景。單像素相機是如何工作的（1）相機架構單像素相機有兩個主要部件：空間光調制器(spatial light modulator, SLM)和單像素探測器。SLM有兩種，一種是DMD，另一種是LCD。雖然LCD具有可調制相位和振幅的能力，但是因為DMD具有出眾的調制速率（超過20kHz），因此，在計算成像系統中常用 ...

學，具有接近衍射極限的三維空間分辨率、數微米的成像深度（足以覆蓋單個細胞的大部分體積），以及毫秒級的采集時間。對于傳統的 LFM，微透鏡陣列 (MLA) 放置在寬視場顯微鏡的原生像平面 (native image plane, NIP) 上，并且光學信號以欠采樣方式記錄在 MLA 后焦平面上。波動光學模型的發展，使得嚴重欠采樣的高頻空間信息可以通過對點擴散函數（PSF）求解卷積的方法得到一定程度的恢復，從而放寬空間和角度信息之間的權衡要求。當前不足：當前有兩個主要因素限制了 LFM 的更廣泛應用。首先，LFM 的空間信息的采樣模式是不均勻的。特別是在NIP附近，信息的冗余導致重建時產生嚴重的偽 ...