High-speed full-color computer-generated holography using a digital micromirror device and fiber-coupled RGB laser diode
本研究提出一种使用数字微镜器件和光纤耦合RGB激光二极管的高速全彩计算全息方法，通过时分复用和平面波补偿实现高真实感三维视频显示。
2023-10-16 cs.GR physics.optics
Binary holograms for shaping light with digital micromirror devices
本文系统探讨了基于数字微镜器件的二进制全息图光场整形方法，分析了像素数量与二进制调制对可编码复数值和自由度的限制，并提出通过合理选择全息图类型、参数及对准方式可在衍射效率与整形精度之间取得最佳折中。
2023-11-28 physics.optics
Angle-sensitive pixel design for wavefront sensing
传统的图像传感器仅响应于入射光波的强度变化。通过将波前信息编码到平衡检测方案中，我们展示了能够同时检测局部强度和波前信息的图像传感器像素设计。由于完全兼容CMOS制造工艺，所提出的像素设计可以使各种应用受益，包括相位显微镜，无透镜成像和机器视觉。
2013-04-27 physics.optics
A micromirror array with annular partitioning for high-speed random-access axial focusing
动态轴向聚焦功能最近已广泛应用于显微镜、增强/虚拟现实（AR/VR）、自适应光学和材料处理中。然而，现有变焦工具的局限性继续困扰调动这种功能的光学系统的性能能力和操作开销。驱动负担最小的变焦工具（例如：液晶、弹性体或光流体透镜）的刷新率较低（约100 Hz）。相反，最快的设备牺牲了诸如其驻留容量（例如：声学梯度透镜或单片微机械镜）的关键能力或低操作开销（例如，可变形反射镜）。在这里，我们提出了一种通用的随机访问轴向聚焦装置，通过采用利用散焦相位分布的鲁棒性的低刚度微镜来桥接这些以前相互冲突的高速、住宅容量和轻量化驱动器的特征。在几何上，该装置由直径为8.2mm的活塞运动阵列和48 μ m间距的像素组成，其为短于1100 nm的波长提供2 pi相移，其中10- 90%的稳定在64.8 μ s（即，15.44 kHz刷新率）。像素被电划分为32个环，用于驱动方案，该方案实现具有圆形对称的相位缠绕操作，并且每个通道需要小于30 V。光学实验表明，该阵列的广泛的聚焦范围与测量能力，以目标29个不同的，可分辨的深度平面。总的来说，所提出的阵列的功能提供了解决复杂应用的紧凑，直接方法的潜力，包括神经生物学中的高通量单细胞靶向和AR/VR中密集3D视觉信息的传递。
2020-09-30 physics.app-ph physics.optics
Alternative Approach to 3D Displaying
讨论了一种利用我们的双目视觉，不需要眼镜的体积图像显示方法。显示器可以被呈现为由光束照射的枢转微镜的矩阵;每个微镜将其像素光束聚焦到所显示的体积图像的相同点。图像的3D感知可以通过在空间中扫描显示图像的虚拟表面上的光束交叉点来实现。
2007-07-03 physics.ins-det physics.optics
Fast single pixel modal wavefront sensing using neural networks
提出一种使用单个光电二极管和快速反射镜结合神经网络的单像素波前传感技术，在2kHz速率下有效克服强湍流中的模态串扰，实现99%最佳Strehl比，解决了卫星光通信中缺乏快速相机的难题。
2024-03-21 physics.optics
Compressive Wavefront Sensing with Weak Values
我们展示了一种基于压缩传感、单像素相机的波前传感器。利用高分辨率空间光调制器（SLM）作为可变波片，实现了光场横向位置自由度和偏振自由度的弱耦合。通过在SLM上放置随机的二进制图案，偏振用作直接测量波前的实部和虚部的随机投影的仪表。然后，压缩感测技术可以恢复波前。我们仅从10，000个投影中获取波前的高质量256x256像素图像。光子计数探测器的灵敏度低于皮瓦。
2014-05-14 physics.optics quant-ph
Complementary Fourier single-pixel imaging
单像素成像具有光谱宽、超视场成像、抗散射能力强等优点，近年来受到越来越多的关注。傅立叶单像素成像（FSI）可以在欠采样下重建清晰的图像。然而，传统的FSI难以平衡成像质量和效率。为了克服这个问题，我们提出了一种新的方法，称为互补傅立叶单像素成像（CFSI），以减少测量，同时保持其鲁棒性。基于四步相移算法的傅立叶图案的互补性质与数字解调设备的互补性质相结合。CFSI只需要两个相移模式，以获得一个傅立叶谱值。通过加载两种模式得到四个光强值，并通过差分测量计算光谱值，对噪声具有较好的鲁棒性。通过仿真和实验，与基于两步、三步和四步相移算法的FSI进行了比较，验证了该方法的有效性。在未达到CFSI最佳成像质量的情况下，CFSI的成像效果优于其他方法。报道的技术提供了一种替代方法来实现实时和高质量的成像。
2021-08-02 eess.IV physics.optics
High-Fidelity and High-Speed Wavefront Shaping by Leveraging Complex Media
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文通过利用复杂介质的稀疏到随机转换，克服了空间光调制器件的维度限制，实现了高保真和高速的波前整形，提升了投影精度和散射抑制性能。
2023-09-19 physics.optics
Full-color photon-counting single-pixel imaging
我们提出并实验证明了一种高效率的单像素成像（SPI）方案，通过集成时间相关单光子计数（TCSPC）与时分复用，以获取全色图像在极低的光水平。该方案利用数字光调制器对激光脉冲序列进行调制，实现三色结构照明，然后将光电倍增管引入TCSPC模块，实现光子计数检测。通过利用TCSPC的时间分辨能力，我们解调的频谱图像编码信号，然后重建高质量的全色图像在一个单一的一轮测量。在此基础上，采用单步测量、高速投影、欠采样等策略进一步提高了成像效率。
2021-09-06 eess.IV physics.ins-det physics.optics
Single-Pixel Multimode Fiber Spectrometer via Wavefront Shaping
当光通过多模光纤时，由于光纤内的复杂干涉而形成二维随机强度图案。散斑图案对光频率的极端敏感性为高分辨率多模光纤光谱仪铺平了道路。然而，这种方法需要昂贵的红外相机，并阻碍了芯片上光谱仪的集成。在这项研究中，我们提出了一个单像素多模光纤光谱仪利用波前整形。输入光在空间光调制器的帮助下被结构化，并且针对每个波长存储最佳相位掩模，将光聚焦在光纤的远端。在固定的最佳掩模下，通过扫描所有波长来记录聚焦区域中的强度变化。强度测量的基础上，我们表明，一个任意的输入光谱具有两个波长20 pm，彼此分开，可以成功地重建（重建误差为~3%），在近红外区，对应的分辨率为$ R \approx 10^5 $。我们还演示了各种带宽的宽带连续光谱的重建。随着单像素检测器的安装，我们的方法提供了低预算和紧凑的检测在增加的单噪声比。
2022-10-24 physics.app-ph physics.optics
Errors in single pixel photography emerging from light collection limits by the bucket detector
本研究揭示采用非零非对角元采样基的单像素成像中，桶型探测器面积与最高空间频率基元傅里叶谱的相对大小会引发成像误差，通过实验和仿真验证了探测器面积不足50%-75%时会产生相位串扰效应。
2024-04-15 eess.IV physics.optics
Complex wavefront engineering via decoupled space-time modulation
University of Washington（华盛顿大学）
本文提出一种混合架构，通过解耦电调制平面与光学输出平面，实现高-speed、低功耗和大视场的固态SLM。
2026-05-14 physics.optics
Electrically Tunable Reflective Metasurfaces with Continuous and Full Phase Modulation for High-efficiency Wavefront Control at Visible Frequencies
全介质光学超颖表面可以在纳米尺度上局部控制光的振幅和相位，从而实现任意波前整形。然而，缺乏制造后的可调性限制了超颖表面在许多应用中的真正潜力。在这里，我们利用薄的液晶（LC）层作为可调谐介质周围的超颖表面，以实现在可见光频率的高反射的相位空间光调制器（SLM），表现出与相关的2pi相位控制和非耦合振幅的主动和连续的谐振调谐。动态波前整形是通过编程96个可单独寻址的电极与一个小的像素间距为1微米。通过减小的LC厚度来促进小像素尺寸，从而强烈抑制像素之间的串扰。该器件用于演示具有宽视场和高绝对衍射效率的动态光束转向。我们相信，我们的演示可以为实现下一代高分辨率SLM铺平道路，在动态全息，可调光学和光探测和测距（LiDAR）等方面具有广泛的应用。
2023-03-24 physics.app-ph physics.optics
Fast & Furious focal-plane wavefront sensing
我们提出了两个互补的算法，适用于使用焦平面测量控制波前校正器具有极高的空间分辨率。该算法使用线性近似来迭代地最小化焦平面相机所看到的像差。第一种算法Fast & Furious（FF）使用弱像差假设和光瞳对称性来实现快速波前重建。第二种算法是FF的扩展，可以处理任意瞳孔形状;它使用Gerchberg-Saxton风格的误差减少来确定瞳孔幅度。模拟和实验结果显示的空间光调制器控制的波前分辨率为170 × 170像素。该算法将Strehl比从约0.75增加到0.98-0.99，并且在整个320 x 320像素的记录图像中降低了散射光的强度。剩余波前均方根误差估计为约0.15拉德与FF和约0.10拉德与FF-GS。
2014-06-04 astro-ph.IM physics.optics
Real-Time Megapixel Kilohertz Neuromorphic Shack-Hartmann Wavefront Sensor
National Research Center for Optical Instrumentation, Zhejiang University（国家光学仪器创新中心，浙江大学）；Central Research Institute of Sunny Optical Technology（舜宇光学科技中央研究院）
针对传统夏克-哈特曼波前传感器的局限，提出实时、兆像素、千赫兹神经形态SHWFS，在静态和动态场景测试中表现出色，能降低波前重建误差，实现高速质心跟踪及高吞吐量处理，建立了统一神经形态框架。
2026-07-29 physics.optics
Single-pixel transmission matrix recovery via 2-photon fluorescence
针对不透明材料深度成像难题，提出基于双光子荧光的非侵入式单像素传输矩阵恢复方法，可实现多导星单目标聚焦，且利用记忆效应假设能减少测量次数。
2023-05-05 physics.optics
High sampling rate single-pixel digital holography system employing a DMD and phase-encoded patterns
提出一种基于DMD和相位编码图案的高采样率单像素数字全息系统，利用DMD高速切换和计算机生成全息图实现快速复振幅记录与重建，并能在漫射器存在时恢复相位和振幅信息。
2024-02-06 physics.optics
Ultrathin, high-speed, all-optical photoacoustic endomicroscopy probe for guiding minimally invasive surgery
光声（PA）内窥镜在临床诊断和手术指导方面显示出巨大的潜力。多模光纤（Multimode Fibers，MMF）由于其体积小、成本低、波前整形技术可实现衍射受限的空间分辨率等优点，在微型内窥镜探头的开发中越来越受到人们的关注。然而，目前基于MMF的PA显微内镜探头要么受到笨重的超声检测器的限制，要么受到成像速度低的限制，这阻碍了它们的可用性。在这项工作中，我们报告了一种高度膨胀和高速PA显微内镜探头的开发，该探头集成在20号医用针头的套管内。该探头包括用于传递PA激发光的MMF和具有用于超声检测的平凹微谐振器的单模光纤。使用数字化激光器装置进行波前整形，能够对MMF远端的聚焦光斑进行快速光栅扫描，以进行组织询问。使用针探头以每秒约3帧的速度实现了覆盖直径为100微米的区域的小鼠红细胞的高分辨率PA成像。在纤维表征之后，通过平移针探针以实时放大视场来进行镶嵌成像。所开发的ECONOPA显微内镜探针通过实时提供组织的功能、分子和显微结构信息，有希望用于指导微创手术。
2022-05-06 eess.IV physics.med-ph physics.optics
Single-pixel ghost microscopy based on compressed sensing and complementary modulation
利用数字微镜器件（DMD）进行了单像素单臂互补压缩显微鬼像成像实验。为了解决将散斑或调制光图案投射到微小生物物体上的困难，我们将显微图像聚焦到DMD上。利用该系统，我们成功地获得了显微镜自带的白炽灯照明的微米级物体的放大图像。我们的计划的图像质量是超过一个数量级优于传统的压缩感知获得相同的总采样率，而且，该系统是强大的强度不稳定性的光源，可以在非常弱的光条件下使用。由于仅使用DMD的一个反射方向，因此另一个反射臂保持打开以用于将来的红外线采样。这代表着压缩显微鬼成像在生物和材料科学领域的实际应用向前迈出了一大步。
2015-01-24 physics.optics
Panoramic single-pixel imaging with megapixel resolution based on rotational subdivision
为克服折反射全景鬼成像分辨率受限于硬件的缺陷，提出基于旋转细分的全景单像素成像方法，通过旋转扫描与时间分辨率细分技术，首次实现兆像素级超高分辨率全景成像。
2024-07-27 eess.IV physics.optics
Ultrafast pulse measurement via time-domain single-pixel imaging
与使用位置分辨相机的成像相比，单像素成像使用桶检测器以及空间结构化照明来进行图像恢复。这种新兴的成像技术是一个有前途的候选人，广泛的应用，由于高信噪比（SNR）和灵敏度，并在广泛的频带的适用性。在这里，受空间域中的单像素成像的启发，我们展示了一个时间单像素成像（TSPI）系统，该系统覆盖太赫兹（THz）和近红外（NIR）区域的频带。通过实现一个可编程的时间扇出（TFO）门的基础上的数字放大器设备（DMD），我们可以确定性地准备时间结构的脉冲的时间采样大小下降到16.00 $\pm$ 0.01 fs。通过继承空间单像素成像在检测效率和灵敏度方面的优势，TSPI能够以超过97 $\%$保真度压缩恢复5 fJ THz脉冲和两个NIR脉冲。我们证明了TSPI对探测脉冲训练中的时间失真也是鲁棒的。作为直接应用，我们将TSPI应用于机器学习辅助的THz光谱，即使在低SNR（SNR $\sim$ 10）下也表现出高样品识别精度（97.5 $\%$）。
2021-04-23 physics.optics
High precision wavefront control in point spread function engineering for single emitter localization
点扩散函数（PSF）工程在单发射器定位中用于测量3D中的发射器位置以及可能的其他参数，诸如发射颜色或偶极取向。高级点扩展函数模型（例如实验点扩展函数的样条拟合或矢量点扩展函数模型）可用于相应的定位算法，以便正确地对复杂的斑点形状和变形进行建模。光学架构和拟合模型的复杂性使得PSF工程方法对光学像差特别敏感。在这里，我们提出了一个校准和校准协议的荧光显微镜配备了空间光调制器（SLM）的目标是建立一个波前误差远低于衍射极限的复杂工程PSF的最佳应用。我们实现了高精度的波前控制，在校准程序后的30分钟时间窗口内低于20 m $λ$波前像差的水平，使用单独的光路来校准SLM的像素到像素的变化，以及SLM相对于光轴和傅立叶平面在3 $μ$ m（$x/y$）和100 $μ$ m（$z$）误差内的对准。从矢量PSF模型到珠$z$ -堆叠的拟合中检索像差，并且用与SLM校准步骤的误差相当的残余波前误差来补偿像差。这种经过良好校准和校正的设置使得创建非常适合矢量PSF模型的复杂“3D+ $λ$”PSF成为可能。原理验证珠实验显示，在1 $μ$ m的轴向范围内，$x$、$y$和$λ$的精度低于10 nm，$z$的精度低于20 nm，具有2000个信号光子和12个背景光子。
2018-03-23 physics.optics
Multi-dimensional wavefront sensing using volumetric meta-optics
理想的成像系统将有效地捕获有关光的所有基本属性的信息：强度，方向，波长和偏振。最常见的成像系统仅将光的空间自由度映射到二维图像传感器上，以效率为代价增加了一些波长和/或偏振鉴别。因此，光学中最有趣的问题之一是如何对多个自由度进行分组和分类，并将它们映射到二维传感器空间。在这里，我们通过模拟表明，体积元光学元件组成的高度散射，反向设计的介质结构与亚波长分辨率可以同时排序光的方向，波长和偏振。这是通过将这些属性映射到图像传感器上的像素的不同组合来完成的，用于压缩感测应用，包括波前感测、光束轮廓分析和下一代全光传感器。
2023-01-24 physics.optics
Fourier pixels for reciprocal light control
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；University of Bern（伯尔尼大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本文提出了一种基于傅里叶光学的多功能像素，通过微型衍射元件实现对光场的精确控制，应用于自适应光学、全息显示等领域。
2026-01-13 physics.optics
Using an acousto-optic modulator as a fast spatial light modulator
高速空间光调制器（SLM）是实现自由空间通信和结构照明成像的关键器件。用于动态空间模式生成的当前方法（诸如液晶SLM或数字SLM器件）被限制为10 kHz的最大图案刷新率并且具有低损伤阈值。我们证明，任意的空间分布的激光脉冲，可以通过映射发送到一个声光调制器（AOM）的时间射频（RF）波形的光场。我们发现，SLM性能的保真度可以提高通过数值优化的RF波形，以克服AOM的非线性效应。AOM可以作为一维空间光调制器使用，我们称之为声光空间光调制器（AO-SLM），它具有50 μ m的像素间距，超过1 MHz的更新速率和高损伤阈值。我们模拟了声光空间光调制器在单像素成像中的应用，它可以在11.6 kHz的频率下以98%的保真度重建32 × 32像素的复杂物体。
2022-10-22 physics.optics
Rapid stochastic spatial light modulator calibration and pixel crosstalk optimisation
本研究提出一种基于随机优化与随机散斑图案的SLM快速校准技术，通过数字孪生模型实现高精度波前测量与像素串扰优化，大幅提升校准速度并降低光势误差，可应用于量子技术与全息显示领域。
2024-08-14 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
SSR-PR: Single-shot Super-Resolution Phase Retrieval based two prior calibration tests
我们提出了一种新的方法和算法的基础上，两个初步的测试的光学系统元件，以提高超分辨复值成像。该方法被开发用于单次拍摄无透镜光学装置中的反相位成像。成像是基于波前调制由一个单一的二元相位掩模。初步测试补偿了光学系统中的误差，并校正了承载波前，缩小了现实生活中的实验和计算建模之间的差距，从而在定性和定量方面显着改善了成像。这两个测试是为了观察激光束和相位掩模，可以被认为是一个初步的系统校准。将校正后的载波波前嵌入到所提出的迭代单次超分辨相位恢复（SSR-PR）算法中。改进的初始衍射图案上采样以及基于稀疏和深度学习的滤波器的组合实现了超分辨率重建。仿真和物理实验证明了高质量的超分辨相位成像。在模拟中，我们表明SSR-PR算法校正了所提出的光学系统的误差，并重建了比传感器像素尺寸小4倍的相位细节。在物理实验中，2um厚的线的美国空军相位目标被解决，这是几乎2倍小于传感器像素大小，并对应于最小的可分辨组使用的测试目标。对于相位生物成像，我们提供了以计算超分辨率重建的颊上皮细胞，其质量与具有40倍放大物镜的数字全息系统相同。此外，单次拍摄的优势提供了记录动态场景的可能性，其中帧率仅受所用相机的限制。我们提供了一个单细胞真核生物的幅相视频剪辑。
2021-08-12 eess.IV physics.optics
Single-shot hybrid photoacoustic-fluorescent microendoscopy through a multi-mode fiber with wavefront shaping
我们提出了一种基于多模光纤的微创内窥镜，它结合了光声和荧光传感。根据在先前校准步骤期间的传输矩阵的测量，产生聚焦光斑，并通过使用快速空间光调制器在光纤的远端尖端处的样本上进行光栅扫描。放置在光纤旁边的用于光声检测的超灵敏光纤超声传感器与光电检测器相结合，以获得荧光和光声图像，远端成像尖端不大于250 μ m。基于波前整形的聚焦和超灵敏超声波传感器提供的高信噪比使每个像素的单次激光照射成像成为可能，展示了红细胞和荧光珠的快速二维混合成像。
2020-06-18 physics.bio-ph physics.optics
Multi-channel Single-Pixel Imaging for a Composite Motion Target
针对单像素成像（SPI）不适合高速运动目标的问题，提出一种多通道SPI配置，利用多波长通道质心位置确定目标运动状态，结合P-IT伪逆变换方法，实现二维平面任意运动目标的高效成像，理论感知帧率达2222 Hz。
2025-04-17 physics.optics
Electrically-controlled digital metasurface device for light projection displays
光投影显示器在我们的现代生活中发挥着越来越重要的作用。包括液晶显示器和数字光调制设备的核心投影系统可以施加空间光调制并主动地成形光波。最近，超颖表面的出现彻底改变了纳米光子学的设计概念，使一个新的家庭的光学元件具有特殊的自由度。在这里，我们展示了一种基于光学元表面的光投影显示技术，称为数字元表面器件（DMSD）。DMSD中的每个超颖表面像素都是具有良好控制的可编程性和可寻址性的电可重构的。DMSD不仅可以连续地调制具有高对比度的光的强度，而且可以成形由每个超颖表面像素产生的光的波前，并且在任意全息图案之间动态地切换。我们的方法将为定制光投影设备的开发铺平道路。它还将以新的动力和鼓舞人心的概念推动动态光学超颖表面领域的发展。
2021-05-13 physics.app-ph physics.optics
Closing the loop as an inverse problem: the real-time control of THEMIS adaptive optics
本文提出将THEMIS太阳望远镜自适应光学控制环路建模为逆问题，通过实时估计波前斜率与噪声协方差并施加Kolmogorov时空约束求解最优指令，实现延迟低于300微秒的实时控制。
2023-11-29 astro-ph.IM physics.optics
Single-pixel coherent diffraction imaging
复场成像对于从X射线到THz波长的许多应用是必不可少的，其振幅描述透射率（或反射率），相位揭示目标物体的内在结构。相干衍射成像（CDI）采用迭代相位恢复算法来处理衍射测量，是对复杂场进行成像的主要非干涉方法。然而，CDI的工作光谱非常窄，因为它所依赖的衍射测量需要具有超高动态范围的密集阵列检测。在这里，我们报告了一个单像素的CDI技术，适用于宽波段。在远场采用单像素探测器代替阵列传感器进行探测。它重复记录的直流只有部分的衍射波前散射的对象，因为它是由一系列的二元调制模式。这将测量的动态范围降低了几个数量级。我们采用了一个有效的单像素相位检索算法，共同恢复对象的二维振幅和相位图从一维强度只有测量。在恢复过程中不需要先验对象信息。我们验证了该技术的定量相位成像的性质，使用校准的相位对象和生物样品，并证明其广泛的工作光谱与488 nm可见光和980 nm近红外光。我们的方法为在更宽的波段中进行复杂的场成像铺平了道路，其中2D探测器阵列不可用，在生命和材料科学中具有广泛的应用。
2020-03-30 eess.IV physics.optics
Metasurface-encoded optical neural network wavefront sensing for high-speed adaptive optics
CFD Research Corporation（CFD研究公司）；US Army Space and Missile Defense Command（美国陆军太空与导弹防御司令部）
本研究提出了一种基于元表面编码的混合光电子神经网络波前传感器，实现超高速、低成本的波前传感与校正，提升自由空间通信系统性能。
2026-02-18 physics.optics
Robust class-gated single-pixel diffractive optical neural network with random-aberration-aware training
College of Integrated Circuits, Harbin Institute of Technology (Shenzhen)（哈尔滨工业大学（深圳）集成电路学院）；Shenzhen Engineering Laboratory of Aerospace Detection and Imaging, Harbin Institute of Technology (Shenzhen)（哈尔滨工业大学（深圳）航天探测与成像工程实验室）
提出一种图像类门控单像素衍射光学神经网络，通过时间复用类特定掩模将空间复杂性转换为时间强度信号，并结合随机相位增强训练策略，实现了对像差和失调的鲁棒性，在5 kHz读出速率下达到90.0%（MNIST）和80.0%（Fashion-MNIST）的准确率。
2026-05-29 physics.optics
Pixel super-resolved lensless on-chip sensor with scattering multiplexing
提出一种散射复用的集成无透镜片上传感器及模型与数据驱动结合的PSR算法，实现低成本、高分辨、高对比度和强噪声鲁棒性的大规模显微成像。
2024-09-05 eess.IV physics.optics
Exponential multi-graylevel computational-weighted dithering for high-quality binarized Fourier single-pixel imaging
State Key Laboratory of Nonlinear Mechanics, Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院非线性力学国家重点实验室，中国科学院力学研究所）；State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室）
针对二值化傅里叶单像素成像中空间抖动引入量化误差的问题，提出指数多灰度级计算加权抖动方法，大幅降低傅里叶系数误差，提升成像质量至接近理论分辨率极限。
2026-08-14 cs.ET physics.optics
Ultrasensitive infrared-to-visible artificial vision via self-evolving projection guided by single-pixel detection
School of Physics, Beihang University（北京航空航天大学物理学院）；School of Instrumentation and Optoelectronics Engineering, Beihang University（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院）；Hangzhou International Innovation Institute, Beihang University（北京航空航天大学杭州国际创新研究院）
提出自进化红外到可见光上转换系统（SIVIS），结合单像素检测与迭代优化投影，实现极低光下实时红外可视化，检测极限达0.11光子/像素/帧。
2026-06-29 physics.optics
High Frame-Rate Phase Camera for High-Resolution Wavefront Sensing in Gravitational-Wave Detectors
我们提出了一种新的波前传感方式，使用市售的，连续波飞行时间与QVGA分辨率的相机。这款CMOS相位相机能够感应频率高达100 MHz的外部调制光源。传感器的高空间分辨率与我们的集成控制电子器件相结合，使相机能够成像低至-62 dBc/秒/像素的功率调制指数。相位相机适用于需要校准和模式失配感测的问题，并且适合于引力波探测器中的诊断和控制应用。具体来说，我们探索使用的相位相机在感应拍频信号由于热变形从点样的吸热器上的测试质量在先进的LIGO探测器。该相机能够感测Advanced LIGO输入镜中大于约2纳米的光路失真，这受到相位分辨率的限制。在零差读出中，性能可以达到0.1 nm，受到调制幅度灵敏度的限制。
2021-05-13 gr-qc physics.ins-det physics.optics
Three-sided pyramid wavefront sensor. II. Preliminary demonstration on the new CACTI testbed
下一代的巨型地面和太空望远镜将具有光收集能力，首次使用高对比度成像来探测和表征潜在的宜居类地系外行星。这只有在巨型分段镜望远镜（GSMTs）极端自适应光学（ExAO）系统的性能被优化到其全部潜力时才能实现。ExAO系统的关键部件是波前传感器（WFS），其测量来自大气湍流的像差。当前和下一代仪器的常见选择是金字塔波前传感器（PWFS）。ExAO系统需要波前的高空间和时间采样以优化性能，因此，需要用于WFS的大型检测器。我们提出了一个闭环试验台演示的三面金字塔波前传感器（3 PWFS）作为替代传统的四面金字塔波前（4PWFS）传感器的GSMT-ExAO应用的新的综合自适应光学和日冕测试仪器（CACTI）。3 PWFS对读取噪声的敏感度低于4PWFS，因为它使用较少的探测器像素。3 PWFS还有其他好处：高质量的三面棱锥光学元件比四面棱锥更容易制造。我们详细介绍了两个组成部分的CACTI系统，自适应光学模拟器和PWFS测试平台，包括一个3 PWFS和4PWFS的设计。在CACTI上进行了初步实验，研究了使用原始强度和斜率图信号处理方法在不同湍流强度下3 PWFS到4PWFS的性能。对于1.6 λ/D和3.25 λ/D的调制半径重复该实验。我们发现，两个波前传感器的性能是可比的，如果模态回路增益调谐。
2022-10-07 astro-ph.IM physics.optics
Controlling Light Transmission Through Highly Scattering Media Using Semi-Definite Programming as a Phase Retrieval Computation Method
介绍了复半定规划（SDP）作为一种新的相位恢复方法，使单色光通过高散射介质的传输控制。在简单的光学设置中，空间光调制器用于生成相位调制波前的随机序列，并且在相机上获取透射光中的所得强度散斑图案。SDP算法允许从该仅强度测量序列计算系统的复传输矩阵，而不需要参考光束。一旦确定了传输矩阵，就计算出将入射光束聚焦到散射介质远侧上的任何位置或位置序列的最佳波前，而不需要任何后续测量或波前整形迭代。所需的测量次数和焦点处强度的增强程度由空间光调制器控制的像素数量决定。
2017-05-01 physics.optics
Fast and light-efficient wavefront shaping with a MEMS phase-only light modulator
本文测试了一种融合液晶SLM高效率与DMD快速切换的MEMS纯相位光调制器（PLM），演示了任意图案投影、像差校正及1.44 kHz高速多模光纤波前整形，并公开了C++控制软件库。
2024-09-02 physics.optics
Reference-less measurement of the transmission matrix of a highly scattering material using a DMD and phase retrieval techniques
本文研究了用最简单的光学装置测量高散射介质透射矩阵的实验方法。空间光调制是由数字光调制器件（DMD）执行的，允许高速率和高像素计数，但只能进行二进制幅度调制。我们仅使用强度测量，从而避免了对参考光束的需要。因此，必须通过相位恢复的信号处理技术来估计TM的相位。在这里，我们比较了四种不同的相位恢复原则的噪声实验数据。我们验证我们的估计TM的三个标准：质量的预测，奇异值的分布，和质量的聚焦。结果表明，贝叶斯相位恢复算法与变分方法提供了一个很好的折衷之间的计算复杂性和精度的估计。
2015-02-11 physics.optics
High-Resolution Speckle-based Single-Pixel Imaging using Silicon Photonic Non-Redundant Optical Phased Array
The University of Tokyo（东京大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Sumitomo Electric Industries, Ltd.（住友电气工业株式会社）；Toyota Technological Institute（名古屋工业大学）
该研究提出基于硅光子非冗余光学相控阵的成像方案，结合散斑式单像素成像，以127个天线实现超1万可分辨成像点，为紧凑OPA芯片实现百万像素成像提供了可行方向。
2026-08-24 physics.optics
Mid-Infrared Single-Photon Compressive Spectroscopy
East China Normal University（华东师范大学）；Chongqing Institute of East China Normal University（华东理工大学重庆研究院）；Shanxi University（山西大学）；Shanghai University（上海大学）；University of Shanghai for Science and Technology（上海理工大学）
针对光子匮乏条件下中红外光谱检测灵敏度受限的问题，提出基于高保真光谱上转换和波长编码压缩测量的单像素光谱仪，实现了亚奈奎斯特采样下的高灵敏度、高通量光谱分析。
2026-05-27 physics.optics
A Simple Phase Retrieval Algorithm from a Single Shot Interferogram
传统的相移干涉技术不能用于测量时变相位分布。但Single Shot技术可以解决这个问题。人们对从Single Shot干涉图中恢复相位的方法做了大量的研究。本文提出了一种简单而有效的方法，无需复杂的计算。利用查表法将干涉条纹转换为相位分布。然后根据每个像素的奇偶性将其划分为不同的区域。相同区域中的像素具有相同的奇偶性，这决定了包裹相位。此外，还得到了局部波前的光斑位移，从而解决了全局符号模糊问题。理论模拟结果表明，波前误差的PV值为0.00054（λ），均方根值为0.000125（λ），比快速傅里叶变换法的结果好得多。我们还将其用于实验测量的干涉图中。该算法具有简单、精度高、对开放和封闭干涉条纹均有效等优点，对光学元件加工过程中的实时形貌监测具有重要的应用价值。
2020-03-24 physics.ins-det physics.optics
Single-shot 3D characterization the spatiotemporal optical vortex via a spatiotemporal wavefront sensor (STWFS)
Key Laboratory of High Power Laser and Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室）；Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术研究中心）；School of Physics, Xi'an Jiaotong University（西安交通大学物理学院）；College of Information Science and Technology, Donghua University（东华大学信息科学与技术学院）
本文提出一种时空波前传感器，实现单次成像三维表征时空光学涡旋，提供高精度相位重建和超快三维诊断。
2025-05-22 physics.ins-det physics.optics
Assessing Phase Reconstruction Accuracy for Different Nonlinear Curvature Wavefront Sensor Configurations
本文首次系统探索了非线性曲率波前传感器（nlCWFS）测量平面的位置、数量和空间采样，发现原始对称四平面配置在广泛视宁度下精度最高且耗时最短，为未来传感器设计提供了重要指导。
2023-10-04 astro-ph.IM physics.optics
Video-rate dual-modal forward-viewing photoacoustic and fluorescence endo-microscopy through a multimode fibre
本研究开发了一种基于多模光纤和高速数字微镜器件的视频率双模态前向视场光声与荧光内窥显微镜探针，通过波前整形实现高速高分辨率成像，并展示了其在微创医疗程序中的潜力。
2021-04-25 physics.med-ph physics.optics
A 160 ° x 160 ° Dynamic Holographic Meta-Projector
Jinan University（暨南大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Anhui University（安徽大学）
本文提出一种160°×160°动态全息元投影仪，通过集成次波长元表面像素实现大视场动态全息显示，突破传统SLM的限制。
2025-11-27 physics.optics
High resolution multispectral spatial light modulators based on tunable Fabry-Perot nanocavities
空间光调制器（SLM）是用于动态波前操纵的最相关的技术。他们发现了从新型显示器到光学和量子通信的各种应用。在用于相位调制的商用SLM中，硅基液晶（LCoS）提供最小的像素尺寸，并且因此提供最精确的相位映射和最大的视场（FOV）。然而，由于像素间串扰，进一步的像素小型化在这些器件中是不可能的，像素间串扰是由调制全相位控制所必需的厚液晶（LC）单元所需的高驱动电压引起的。新引入的基于超颖表面的SLM通过经由谐振调谐调制相位来提供用于像素小型化的手段。然而，这些器件本质上是单色的，限制了它们在需要多波长操作的应用中的使用。在这里，我们介绍了一种新的设计，允许小像素和多光谱操作。基于LC可调谐法布里-珀罗纳米腔，设计用于支持可见光范围内的多种谐振（包括红色，绿色和蓝色波长），我们的设计提供了连续的2 pi相位调制，在每个工作波长处具有高反射率。在实验上，我们实现了一个具有96个像素（约1μm间距）的器件，可以通过电偏压单独寻址。使用它，我们首先展示了FOV~18度和绝对效率超过40%的多光谱可编程光束转向。然后，我们重新编程的设备，以实现可调焦距和效率~ 27%的多光谱透镜。我们的设计为新型SLM在显示器、光学计算等领域的未来应用铺平了道路。
2021-09-28 physics.app-ph physics.optics
Fast and robust pushbroom hyperspectral imaging via DMD-based scanning
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation（联邦科学与工业研究组织）
我们描述了一种新的推扫式高光谱成像装置，没有宏观运动的部分。建议的高光谱成像仪的主要组件是一个数字放大器设备（DMD），CMOS图像传感器，没有过滤器的光谱传感器，CMOS彩色（RGB）图像传感器作为辅助图像传感器，和衍射光栅。使用图像传感器对，该设备可以同时捕获场景的高光谱数据以及RGB图像。由辅助图像传感器捕获的RGB图像可以促进由光谱传感器捕获的高光谱图像切片的几何配准。此外，从RGB图像可辨别的信息可以导致仅捕获场景内的感兴趣区域的光谱数据。所提出的高光谱成像架构具有成本效益、快速和鲁棒性。它还可以在分辨率和速度之间进行权衡。我们已经建立了一个初步原型的基础上提出的设计。该原型可以在不到30秒的时间内捕获空间分辨率为192x192像素和光谱分辨率为500个波段的高光谱图像数据立方体。
2017-01-30 cs.CV cs.DC physics.optics
Very-Large-Scale-Integrated High-$Q$ Nanoantenna Pixels (VINPix)
本文提出超大规模集成高Q值硅纳米天线像素VINPix，通过结合导模共振波导与光子晶体腔，同时实现高Q值、亚波长模式体积和偶极子型辐射，并展示其在无光谱仪折射率传感中的应用。
2024-03-30 physics.optics
80-degree field-of-view transmissive metasurface-based spatial light modulator
紧凑、轻便和高性能的空间光调制器（SLM）是现代光学技术的关键。像素小型化的驱动，必要的，以提高其性能，导致了一个有前途的替代，有源光学超颖表面，使可调谐的亚波长波前操纵。在这里，我们展示了一个全固态可编程透射SLM设备的基础上惠更斯介电超颖表面。超颖表面的特征在于由成熟的液晶（LC）技术提供的电可调谐性。与传统的LC SLM相比，我们的器件能够实现高分辨率，像素尺寸为~1 μ m。我们通过实现可编程波束控制来展示其性能，其具有~6 dB的高边模抑制比。通过使用双光子聚合制造的3D打印双合微透镜来补充该设备，我们将视场增强到约80度。开发的原型为下一代增强现实显示器，光探测和测距（LiDAR）系统和光学计算的紧凑，高效和多功能设备铺平了道路。
2021-07-23 physics.app-ph physics.optics
