Single-shot Stokes polarimetry enabled by a digital micromirror device
斯托克斯偏振测量（SP）是一种强大的技术，其仅使用强度测量就能够实现光束的偏振态（SoP）的空间重建。给定的SoP是从一组四个斯托克斯参数，这是通过四个强度测量计算重建。由于所有强度都必须在同一光束上进行，因此通常一个接一个地单独记录每个强度，从而将其性能限制在具有静态SoP的光束上。在这里，我们提出了一种新的技术，以扩展SP到更广泛的光束与动态SoP。这种技术依赖于叠加原理，该原理能够将输入光束分成相同的副本，从而允许同时测量所有强度。为此，输入光束通过显示在偏振不敏感数字微镜器件（DMD）上的多路复用数字全息图，该器件允许对每个光束进行独立和快速（20 kHz）的操纵。我们能够以高保真度和高达27 Hz的速度可靠地重建SoP，为结构光的实时偏振测量铺平了道路。
2019-09-21 physics.optics
Optical diffraction tomography using a digital micromirror device for stable measurements of 4-D refractive index tomography of cells
光学衍射层析成像（ODT）是一种能够测量透明样品三维折射率分布的干涉显微技术。测量了样品在不同角度照射下的多幅二维全息图，根据衍射理论重建了样品的三维折射率图。由于其非侵入性、无标记、定量成像等优点，已被证明是研究生物细胞的有力工具。最近，我们的研究小组已经证明，数字微镜器件（DMD）可以用于快速、精确地控制ODT的照明光束。在这项工作中，我们系统地研究了配备DMD的ODT系统的精度和稳定性，并提出了各种类型的活细胞，包括人红细胞，白细胞，肝细胞和HeLa细胞的3-D和4-D RI图的测量。此外，我们还证明了有效的可视化的3-D RI地图的活细胞利用测量的信息RI断层图像的值和梯度。
2016-02-10 physics.optics
Measuring the non-separability of vector modes with digital micromirror devices
复矢量光场的空间自由度和偏振自由度之间的不可分离性近年来引起了人们的广泛关注。其关键在于它与量子纠缠的显著相似之处，在经典水平上观察到类似量子的效应。至关重要的是，这种并行性使得能够使用量子工具来量化空间和偏振DoF之间的耦合，通常使用偏振相关空间光调制器来实现，这需要将矢量模式分裂成两个正交偏振分量。在这里，我们提出了一种新的方法，依赖于使用数字微镜器件（DMD）的快速，廉价和强大的测量，而偏振无关的性质，使所需的测量的数量减少了25%。我们测试了我们的方法实验上的圆柱矢量模式与任意程度的不可分离性，在各种各样的应用程序中具有很大的相关性。我们的技术提供了一种可靠的方法来实时测量矢量模式的纯度，为新的应用铺平了道路，其中不可分离的程度可以用作光学传感器。
2020-01-02 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
Super-resolution three-dimensional fluorescence and optical diffraction tomography of live cells using structured illumination generated by a digital micromirror device
我们提出了一种多模式的方法来测量三维（3D）的折射率（RI）和荧光分布的活细胞相结合的光学衍射断层扫描（ODT）和三维结构照明显微镜（SIM）。利用数字光调制装置产生用于ODT和SIM的结构化照明图案，这使得能够进行快速和稳定的测量。为了验证其可行性和适用性，所提出的方法被用来测量的三维RI分布和三维荧光图像的各种样品，包括一个集群的荧光珠，和时间推移的三维RI动态的HeLa细胞内的荧光珠，从其中的HeLa细胞中的珠的轨迹进行了分析，使用时空相关性。
2018-01-02 physics.bio-ph physics.optics
Spatial coherence characterization of light: an experimental study using digital micromirror devices
我们目前的空间相干测量的部分相干光在远场的非相干光源的实验装置的基础上的Spanpson-Wolf和Partanen-Turunen-Tervo实验，要执行的背景下，可能的太阳相干测量空间仪器。光学装置包括一个望远镜，从一个源的光准直，它由一个数字化的数字化装置实现的杨氏双孔径干涉仪在回射模式，并最终成像的源到一个二维传感器。两个不同直径的多模光纤被用作非相干源，并得到的光谱相干度的结果进行比较，从范西特-泽尼克定理的预期。
2020-09-24 physics.ins-det physics.optics
Kilohertz binary phase modulator for pulsed laser sources using a digital micromirror device
像差校正、数字相位共轭或图案化光刺激需要光学波前的受控调制。对于这些应用中的大多数，期望以可能的最高速率控制波前调制。数字光调制器件（DMD）提供了一种实现高速调制的具有成本效益的解决方案，并且通常超过更传统的液晶空间光调制器的速度，但是其本质上是幅度调制器。此外，由DMD衍射引起的空间色散使其与脉冲激光源的使用复杂化，例如在非线性显微镜中使用的那些。在这里，我们介绍了一种基于DMD的光学设计，克服了这些限制，实现无色散的高速二元相位调制。我们表明，这种相位调制可以用来切换通过二进制相位模式在20 kHz的速率在双光子激发荧光应用。
2018-01-08 physics.ins-det physics.optics
Spatial coherence control and analysis via micromirror-based mixed-state ptychography
由数字光调制器（DMD）和空间光调制器（SLM）实现的对相干光的相位和振幅的灵活和快速控制已经成为光镊、非线性显微镜和波前整形的最新进展的驱动力。相比之下，由于缺乏能够实现联合分析和控制序列的工具，工程空间部分相干光仍然非常难以实现。在这里，我们报告了一种方法，结合准单色，热源和DMD连同重叠关联扫描显微镜的相干工程。报道的方法开辟了新的路线，以低成本的相干控制，与微操作，纳米光子学和定量相衬成像的应用。
2021-01-19 physics.optics
A high-speed, wavelength invariant, single-pixel wavefront sensor with a digital micromirror device
光束的波前测量是一项复杂的任务，通常需要一系列空间分辨的光强测量。例如，可以使用检测器阵列来测量未知激光束的横向平面中的局部相位梯度。在大多数情况下，重构波前的分辨率由探测器的分辨率决定，在红外情况下，探测器的分辨率受到严重限制。在这里，我们采用了数字微镜器件（DMD）和单像素探测器（即没有空间分辨率），以展示具有良好分辨率的未知波前的重建。我们的方法利用模式分解的入射场的DMD，使波前测量在4 kHz的可见光和红外激光束。
2019-01-22 eess.IV physics.optics
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
Imaging with two-axis micromirrors
我们演示了一种通过使用双轴倾斜扫描仪扫描场景来创建数字图像的方法。对于每个不同的方向，我们从镜子中提取一个灰度值，并将它们组合起来形成一个合成图像。这允许人们选择样本的分布，因此原则上可以创建可变分辨率图像。我们证明了这种能力来控制分辨率，通过构建一个电压表，补偿的非线性响应的镜子所施加的电压。
2006-08-11 physics.ins-det physics.optics
Achieving $10^{-5}$ level relative intensity crosstalk in optical holographic qubit addressing via a double-pass digital micromirror device
University of Waterloo（滑铁卢大学）
本文提出利用双程数字微镜器件实现低串扰的全息量子比特地址方案，通过傅里叶平面全息和图像平面滤波技术，将串扰降至10^{-5}水平，适用于受困离子等量子系统。
2025-12-15 physics.optics quant-ph
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
All-Digital Stokes Polarimetry with a Digital Micro-mirror Device
斯托克斯偏振测量被广泛用于提取光场的偏振结构，通常从六个测量中提取，尽管它只能从四个测量中提取。为了测量所需的强度，大多数方法都是基于光学偏振组件。在这项工作中，我们提出了一种全数字化的方法，使所有四个强度的快速测量没有任何移动组件。我们的方法采用了偏振光栅（PG），同时项目的传入模式到左，右圆偏振态，其次是偏振不敏感的数字微镜器件（DMD），它以数字方式引入相位延迟其余两个偏振态的收购。我们演示了如何将这种技术应用于测量的SOP，矢量和光场的模内相位，没有任何移动组件，并显示出良好的协议与理论，说明快速，实时偏振。
2020-01-24 physics.optics
Multiplexing 200 modes on a single digital hologram
光的空间形状的按需剪裁在各种各样的研究领域中具有很大的相关性。计算机控制的设备，如空间光调制器（SLM）或数字微镜设备（DMD），为此提供了非常准确，灵活和快速的全息手段。值得注意的是，数字全息术提供了同时产生多个光束（复用），这是一种在许多领域具有众多应用的工具。在这里，我们提供了一个关于光束复用的独立教程。通过几个实例，逐步引导读者了解光束整形和复用的过程。此外，对SLM的复用能力进行了定量分析，对单个SLM上可以复用的最大光束数进行了分析，在单个全息图上显示了大约200种模式。
2017-06-19 physics.optics
A practical guide to Digital Micro-mirror Devices (DMDs) for wavefront shaping
Institut Langevin, ESPCI Paris, PSL University, CNRS, France（朗之万研究所，巴黎高等物理化工学院，PSL大学，法国国家科学研究中心）
本文提供了一种实用指南，帮助在波前塑形中利用数字微镜器件，通过解决其设计缺陷来优化性能。
2026-01-14 physics.optics
Collection of micromirror-modulated light in the single-pixel broadband hyperspectral microscope
数字图像处理设备（DMD）是计算光学系统的重要组成部分，它是一种利用所需图案对图像进行编码的手段。最突出的是它在所谓的单像素相机实验中的使用。该实验通常需要从光纤或光谱仪狭缝的小区域上的相对大的芯片有效且均匀地收集光。此外，DMD充当衍射元件的事实使这种努力复杂化，这导致光收集中的严重光谱不均匀性。我们研究了在宽光谱范围内通过拂帚式高光谱相机的光衍射的效果。基于这些知识，我们设计了各种不同的光收集方法。我们绘制了每种配置的效率和光谱均匀性-即其将光耦合到在可见光和IR范围（高达2500 nm）内工作的商用光纤光谱仪的能力。我们发现积分球提供均匀的光收集，然而，其效率非常低。性能参数之间的最佳折衷由工程漫射器与离轴抛物柱面镜的组合提供。我们使用这种配置来创建能够在宽光谱范围（400-2500 nm）内对样品进行高光谱成像的计算显微镜。我们认为这样的设置是在宽光谱范围内进行光谱分辨透射显微镜的理想工具。
2020-01-20 physics.ins-det physics.optics
Coupling to Modes of a Near-Confocal Optical Resonator Using a Digital Light Modulator
数字微镜器件（DMD）提供了一个强大的平台，利用它来实现数字全息，在原则上提供的手段，快速产生传播的横向电磁场与任意模式分布在可见光和红外波长。我们使用DMD探测法布里-珀罗腔在单模和近简并共焦配置。由于入射光场和腔模之间的空间重叠，可以以优异的特异性泵浦腔的任意模式。
2016-03-22 physics.optics quant-ph
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
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
High-speed generation of vector beams through random spatial multiplexing
复矢量模式由于其迷人的特性和在各种研究领域中的许多应用而成为最近的热门话题。尽管这种模式可以以各种各样的方式产生，但数字全息术是最灵活和通用的方式之一。沿着这条线，数字微镜器件（DMD）由于其高刷新率而在最近获得普及，这允许以kHz速率生成矢量模式。尽管如此，大多数技术要么受到可以生成的矢量模式的多样性的限制，要么受到它们可以切换的速度的限制。在这里，我们提出了一种基于随机编码的概念的技术，该技术允许以仅受DMD的刷新率限制的速度生成任意矢量波束。我们的技术将在光通信、激光材料加工和光学操纵等研究领域具有重要意义。
2020-12-23 physics.optics
Digitally Programmable Photochromic Hydrogel Contact Lenses as Light-Adaptive Artificial Irises
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
研究旨在研发光自适应软性光学器件，核心方法是将光致变色染料嵌入水凝胶，用DMD光刻编码梯度。贡献是制成模拟人虹膜功能的光自适应隐形眼镜，具快速可逆光响应、稳定光致变色及适合应用的特性。
2026-07-24 physics.optics
Parallel Polarization State Generation
偏振的控制是光的基本性质，具有广泛的科学和技术兴趣。产生任意时变偏振态（SOP）的一般问题一直通过一系列线性变换（即矩阵的乘积）在数学上表述，从而施加串行架构。在这里，我们展示了一个矩阵的总和所描述的并行架构。该理论是通过使用一个数字调制器件调制激光器的空间分离的偏振分量，随后进行光束组合的实验证明。该方法大大扩展了偏振控制工程器件的参数空间。因此，诸如速度、稳定性和光谱范围等性能特性完全由光强度调制技术决定，包括吸收、反射、发射和散射。这为偏振态产生（PSG）开辟了重要的前景，具有独特的性能特点，并在光谱椭圆偏振，光谱偏振，通信，成像和安全的应用。
2016-02-14 physics.optics
Experimental generation of an optical field with arbitrary spatial coherence properties
我们描述了一种实验技术，以产生一个准单色场与任何任意的空间相干特性，可以描述的交叉谱密度函数，$W(\mathbf{r_1,r_2})$。这是通过使用由数字偏振器件（DMD）生成的动态二进制振幅光栅在一组相干场之间快速交替来完成的，从而产生代表期望的$W(\mathbf{r_1,r_2})$的相干模式分解的模式的非相干混合。然后，通过干涉两个平面波，然后空间地改变这两个模式之间的相干性，使得干涉条纹可见度在两个光束之间以任意和规定的方式空间地变化，实验证明了这种方法。
2014-04-28 physics.optics
DMD-based generation of vector beams through a common-path interferometer
光的复矢量模式，在其空间和偏振自由度上不可分离，正在彻底改变各种各样的研究领域。因此，生成技术自诞生以来发生了巨大的变化也就不足为奇了。目前普遍使用计算机控制的设备，其中数字化控制设备已经变得流行。其中一些原因是它们的低成本，偏振不敏感和高刷新率。因此，在这篇手稿中，我们提出了一种新的技术，其特点是高稳定性，这是通过一个共同的路径干涉仪实现。我们证明了这种技术的实验能力，首先通过生成任意的矢量模式的高阶庞加莱球，其次，通过生成矢量模式在不同的坐标系，最后，通过同时生成各种矢量模式。我们的技术将在诸如光学操纵、光学通信、光学计量等领域中找到应用。
2022-04-28 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
Simple computer program to calculate arbitrary tightly focused (propagating and evanescent) vector light fields
在这项工作中，我们提出了一个简单的代码来计算具有任意振幅，相位和偏振的输入场产生的紧聚焦矢量光场（传播和消逝）。该程序考虑了以前研究的结果，例如通过快速傅立叶变换进行积分以加速积分。计算是在笛卡尔坐标系中进行的，该坐标系便于与用可编程光学元件（如空间光调制器或数字光调制器阵列）成形的光束的实验结果进行比较。我们还讨论了如何避免发散项在原点移动角网格的半个点，并通过取消相位项，产生的移位傅立叶变换校正输出。
2022-11-12 physics.comp-ph physics.optics
A digital twin for a chiral sensing platform
本文提出手性传感平台的数字孪生，通过融合光学与量子化学模拟，在全部长度尺度上描述含分子的器件并预测圆二色光谱，从而指导实验、解释复杂测量结果并辅助设计腔增强型圆二色光谱仪。
2023-09-21 physics.optics
Experimental generation of Helical Mathieu-Gauss vector modes
矢量模式表示光的最一般状态，其中空间和偏振自由度以不可分离的方式耦合。至关重要的是，虽然偏振限于二维空间，但空间自由度可以采用任何空间轮廓。然而，大多数产生和应用技术主要限于极柱对称的空间模式，如拉盖尔和贝塞尔高斯模式。本文提出了一类新的矢量模，其空间自由度编码在椭圆柱坐标系下的螺旋Mathieu-Gauss光束组中。我们首先从理论上介绍了这些模式，并概述了它们在高阶庞加莱球上的几何表示。稍后，我们展示了他们的实验生成使用偏振不敏感的技术，包括使用数字的MEMS器件。最后，我们提供了一个定性和定量表征相同的使用现代方法的基础上量子力学工具。值得一提的是，非极性矢量光束在各种应用中是非常需要的，例如光学捕获和光学通信。
2020-10-22 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
Ultra-high-Q free space coupling to microtoroid resonators
本文提出用自由空间耦合替代锥形光纤耦合微环芯谐振器，实现高达1.6×10^8的Q值，并观察到EIT和法诺共振，提高了传感灵敏度，为实际应用奠定基础。
2023-08-01 physics.optics
Optimization of DMD-based independent amplitude and phase modulation: a spatial resolution and quantization
本文介绍了一个全面的研究结果的光学系统的优化独立的振幅和相位波前操纵，这是基于数字的MEMS器件的实现。通过几个实例，找到了使目标复值波前质量达到最佳的二元条纹图参数，并给出了DMD条纹图优化的一般算法。结果表明，空间分辨率和目标的幅度和相位分布的量化之间的折衷应实现。载波频率的增加使调制复波的空间分辨率提高，但量化程度降低。从空间分辨率和量子化程度两个方面讨论了最佳DMD图形生成参数与目标复波前类型的关系。
2020-10-02 eess.IV physics.optics
Digitized Adjoint Method for Inverse Design of Digital Nanophotonic Devices
提出了一种数字化伴随方法，用于实现亚波长纳米光子器件的高效逆设计。我们设计了一个单模3 dB功率分配器和一个双模解复用器，分别演示了用于单目标和双目标优化的数字化伴随方法。优化包括三个阶段，第一阶段的连续变化的“模拟”模式，第二阶段的强制介电常数偏置的“准数字”模式，和第三阶段的多电平数字模式。与传统的蛮力法相比，数字化伴随法的设计效率提高了约5倍，而使用三值模式时，性能优化也达到了近似水平。数字化伴随方法结合了伴随灵敏度分析和数字化亚波长结构的优点，为高效、高性能设计紧凑型数字化亚波长纳米光子器件开辟了一条新途径。该方法克服了蛮力法受图形像素数限制的效率瓶颈，将传统的二值图形扩展为多级图形，提高了器件性能，对大规模数字纳米光子器件的逆向设计具有重要意义.
2019-02-02 physics.app-ph physics.optics
Engineering Photon Statistics of Spatial Light Modes
光源的性质是由电磁场的统计涨落定义的。因此，光源的光子统计通常与不同的发射器相关联。在这里，我们展示了通过相干光的空间调制产生具有各种光子统计的光束的可能性。这是通过在一个数字的可控制的Kolmogorov相位屏幕的顺序编码。有趣的是，我们的方案的灵活性允许在不同的空间位置的工程光子统计的空间光模式的任意成形。我们的计划的性能进行评估，通过光子数分辨不同的家庭的空间光模式与工程光子统计特性。我们相信，在任意空间位置控制光场的光子波动的可能性对于量子光谱学、传感和成像具有重要意义。
2022-12-04 physics.optics quant-ph
Digital Waveguide Adiabatic Passage Part 2: Experiment
利用飞秒激光写入技术，我们制作并封装了三波导数字绝热通道器件，将中心波导数字化为五个分立波导。观察到强烈的不对称行为，设备在反直觉方案中以高保真度操作，而在直觉方案中强烈抑制传输。数字绝热通道设计的低差分损耗潜在地为基于绝热通道的装置提供附加功能。这些器件在以$\sim 823$ nm为中心的60 nm带宽上以高对比度（$>\!90\%$）工作。
2016-09-12 physics.optics quant-ph
Spatial structuring of light for undergraduate laboratory
近年来，空间光调制器已成为光学实验室以及工业环境中的常用工具，以形成光束的空间结构。虽然这些设备通常易于使用，但它们通常成本很高，以至于它们远未在许多本科实验室中实现。然而，在过去的几年里，在开发更具成本效益的投影仪方面的进展已经导致了所谓的数字微镜器件（DMD）形式的负担得起的空间光调制器。这种价格的降低，以及它们的简单使用，使这些设备越来越适合本科实验室演示光学效应和光场的成形。在这里，我们展示了使DMD可用的最具成本效益的方法之一，即将投影机评估模块变成计算机控制的空间光调制器。我们解释了基本的功能，以及如何这种低成本的空间光调制器可以在本科实验室使用。我们进一步表征了最常用的激光波长的设备的效率，并展示了各种示例性的光学实验，适合本科实验室，从单缝和多缝衍射，光学傅立叶变换。最后，我们表明，使用振幅全息，该设备可以用来产生横向空间模式，例如拉盖尔-高斯光束，这是最常用的空间结构光束之一。
2020-09-24 physics.ed-ph physics.optics
Digital Waveguide Adiabatic Passage Part 1: Theory
空间绝热通道是设计集成光子器件的一种新途径。在传统的绝热通道设计中，需要平滑变化的波导间隔。在这里，我们展示了绝热通道设备的建模，其中波导分离是数字变化的。尽管数字化，我们的设计显示出鲁棒性对输入波长的变化和折射率的波导相对于包层的对比度。这种空间绝热通道的方法开辟了新的设计策略，因此具有新的光子器件的潜力。
2016-09-12 physics.optics quant-ph
Nanophotonic Optical Switching Using Digital Metamaterials and Photochromism
光开关是集成光子学的重要组成部分。在这里，我们设计，制造和表征了几个纳米光子光开关（NOS）在硅，具有超紧凑的足迹，以及出色的消光比和工作带宽。模拟结果表明，我们的最佳器件尺寸为3um × 3um，器件高度为0.3um，可以提供约10dB的消光比，带宽为12nm，中心波长为1550nm。三维有限差分时域分析结合直接二分搜索算法的修改版本被用来设计纳米光子器件结构。该调制是光致变色材料的折射率的光学调制和包括该装置的数字超材料的优化几何形状的结果。这些器件是CMOS制造兼容的，并且是使用多态几何优化设计的器件的示例，这将导致一类新的超紧凑和多功能有源集成硅器件。
2019-03-29 physics.app-ph physics.optics
Fast Generation and Detection of Spatial Modes of Light using an Acousto-Optic Modulator
光的空间模式提供了一个可以用来编码经典和量子信息的高维空间。由于需要重新配置诸如空间光调制器或数字光调制器设备之类的高分辨率相位掩模，因此用于动态地生成和测量这些模式的当前方法是缓慢的。通过将一组静态相位掩模与快速的图像保持光学开关（例如声光调制器（AOM））复用，可以大大加速更新光的空间模式的过程。我们通过实验实现了这种方法，使用双通AOM产生五个轨道角动量状态之一，开关速率高达500 kHz。然后，我们应用该系统进行快速量子态层析成像的空间模式的光在2维希尔伯特空间，通过投影未知的状态到六个空间模式，包括三个相互无偏基地。我们能够在1 ms内重建任意状态，平均保真度为96.9%。
2020-07-31 physics.optics quant-ph
Implementing commercial inverse design tools for compact, phase-encoded, plasmonic digital logic devices
数值模拟已经成为光子学领域，特别是纳米光子学领域的重要设计工具。特别是，三维时域有限差分（FDTD）模拟因其强大的设计能力而受到欢迎。越来越多的研究人员正在开发或使用逆向设计工具来改善器件的尺寸和性能。这些工具通常使用3D FDTD模拟和伴随优化方法。在这项工作中，我们实现了商业逆设计工具，这些功能的几个等离子体激元器件，推动工具的边界。我们设计了一个具有复杂设计要求的逻辑门，以及一个y-分路器和波导交叉。以最小的代码更改，我们实现了一个设计，将相位编码的输入介质加载表面等离子体极化激元波导。要求的复杂性以及逆向设计工具的局限性迫使我们在编码密度方面做出让步，并使用开关键控对输出进行编码。我们比较了反向设计的器件与具有相同操作行为的常规设计器件的性能。最后，我们讨论了实现复杂器件设计的逆向设计工具的局限性，并评论了目前可能的情况和可以改进的地方。
2023-02-16 physics.comp-ph physics.optics
Structured Illumination Microscopy using Digital Micro-mirror Device and Coherent Light Source
结构照明显微镜（SIM）通过激发具有高对比度、高频正弦图案的样品，实现了加倍的空间分辨率。这样的激发图案可以通过从光栅衍射的多个激光束之间的干涉来生成。在SIM中，2D成像需要9个图案，3D成像需要15个图案。与光栅的机械运动相比，光电器件提供了激发模式的快速切换，其中数字微镜器件（DMD）在工业上最为常见。在这里，我们的DMD模型的闪耀光栅和报告的快速和成本效益的SIM。我们自制的基于DMD的激光干涉结构照明显微镜（DMD-ISIM）系统以两倍的空间分辨率揭示了哺乳动物细胞中的核孔复合体和微管。我们进一步提出了多色DMD-ISIM系统的仿真，这可能会充分利用DMD-ISIM的功率。
2019-10-30 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Machine Learning enables Ultra-Compact Integrated Photonics through Silicon-Nanopattern Digital Metamaterials
University of Utah（犹他大学）；School of Computing, University of Utah（犹他大学计算学院）
在这项工作中，我们展示了三个超紧凑的集成光子器件，这是通过机器学习算法结合时域有限差分（FDTD）建模设计的。通过将设计域数字化为“二进制像素”，这些数字超材料也很容易制造。通过展示各种器件（分束器和波导弯曲），我们展示了我们的方法的一般性。由于占地面积小于${λ_0}^2$，我们的设计是迄今为止报道的最小的设计之一。我们的方法将机器学习与数字超材料相结合，以实现超紧凑，可制造的设备，这可以为新的“光子学摩尔定律”提供动力。"
2020-11-27 cs.LG physics.app-ph physics.optics
