Super-resolved imaging based on spatiotemporal wavefront shaping
提出了一种提高共焦扫描成像性能的新方法。我们实验证明了它的可行性，使用声波。它依赖于一种新的方式来编码空间信息使用时间维度。通过沿着圆形路径移动用于声穿透物体的发射器，我们创建了时间调制波场。由于问题的圆柱对称性及其时间周期性，时空输入场可以分解为对应于不同空间涡旋或拓扑荷的谐波。利用旋转接收机采集反射波，可以获得同一目标不同点扩散函数的多幅图像。与标准共焦配置相比，不仅分辨率提高了，而且信息的积累也允许构建超越衍射极限的图像。该方法的拓扑鲁棒性保证了在现实生活条件下的良好性能。
2022-10-21 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
In-house beam-splitting pulse compressor with compensated spatiotemporal coupling for high-energy petawatt lasers
实现千焦级高能拍瓦（PW）到百拍瓦（100 PW）脉宽为ps到fs的激光器的最大瓶颈之一是压缩器中需要大到米级的光栅，以避免激光对光栅的损伤。然而，这种高质量的米级光栅目前还很难制造。在这里，我们提出了一种新的内部分束压缩器的基础上的属性，即光栅的损伤阈值依赖于脉冲宽度。新方案由于分束光束共用前两个平行光栅，在提高稳定性的同时，节省了昂贵的光栅，并简化了压缩器的尺寸。此外，基于玻璃板的透射波前比大光栅的衍射波前能更好、更精确地控制这一事实，提出了设计透射波前的玻璃板来补偿由第二、第三光栅和其他内部光学器件（如分束器）引入的波前畸变。这种方法简单、经济，可以补偿压缩器内的时空畸变，从而提高压缩器外变形镜由于角啁啾而无法补偿的焦强。与多光束拼接孔径组合方案相结合，新的压缩器提供了一种新的方案，以实现高能量PW-100 PW激光器，甚至艾瓦激光器相对较小的光栅在未来。
2020-05-26 physics.optics
Hyperspectral wavefront sensing with a multicore fiber
本文提出以多芯光纤作为改进Hartmann掩模的单次高光谱波前传感方法，实现空间与光谱分辨率可调权衡，并在多PW激光和色散相位显微成像中验证。
2024-10-24 physics.optics
Matrix approach for optimal spatio-temporal coherent control of wave scattering
本文提出并验证了一种基于传输矩阵奇异值分解的矩阵方法，用于在空间和时间上最优塑造输入波前，并在微波域无序腔中成功实现了无反射瞬态激励、最优能量沉积和散射不变时变状态三个波控制任务。
2023-07-28 physics.app-ph physics.optics
Hyperspectral Compressive Wavefront Sensing
University of Oxford（牛津大学）；Ludwig–Maximilians–Universität München（慕尼黑大学）；John Adams Institute for Accelerator Science（约翰·亚当斯加速器科学研究所）
提出了一种结合快拍压缩成像和横向剪切干涉测量技术的方法，实现了超短激光脉冲空间-光谱相位的Single Shot单次捕获。深度展开算法用于快照压缩成像重建，由于其参数效率和相对于其他方法的优越速度，可能允许在线重建。该算法的正则化项使用具有3D卷积层的神经网络表示，以利用激光波前中存在的空间-光谱相关性。压缩感知通常不适用于调制信号，但我们在这里展示了它的成功。此外，我们训练一个神经网络来预测波前从横向剪切干涉图的泽尼克多项式，这再次增加了我们的技术的速度，而不牺牲保真度。该方法得到了仿真结果的支持。虽然应用于横向剪切干涉测量的例子，这里提出的方法通常适用于广泛的信号，包括夏克-哈特曼型传感器。这些结果可能超出激光波前表征的范围，包括定量相位成像。
2023-03-06 cs.CV physics.optics
Spatiotemporal mode-locking in lasers with large modal dispersion
单横模锁模激光器中的耗散非线性波动力学已经得到了广泛的研究，而激光器中的三维非线性动力学的研究还很少。最近，时空锁模（STML）被提出用于具有小模式（即，横模）色散，这被认为是在这些腔中实现STML的关键，因为小的色散可以容易地平衡。在这里，我们表明，STML也可以实现在多模激光器具有更大的模式色散，其中我们发现，腔内可饱和吸收体起着重要的作用，抵消大的模式色散。此外，我们观察到一个新的STML现象的被动非线性自动选择的单模锁模，造成的时空饱和吸收和空间增益竞争之间的相互作用。我们的工作显着拓宽了有用的STML激光器的设计可能性，从而使它们更易于应用，并扩展了可在这些激光器中实现的新型耗散时空非线性动力学的可探索参数空间。
2021-04-08 physics.optics
Single-Axis Ptychographic Coherent Diffractive Imaging for Spectroscopic and Wavefront Retrieval
单轴投影衍射成像技术通过单轴扫描提高通量，实现光谱和波前的同步成像，用于高效多模式实时成像。
2025-11-21 physics.optics
Spatio-temporal correlations in multimode fibers for pulse delivery
长程散斑关联在无序介质中的波输运中起着重要作用，但在其他复杂系统中却很少被研究。在这里，我们发现了时空强度相关的光脉冲通过多模光纤传输与强随机模式耦合。正的长程相关性来自光纤模式空间中的多次散射，并且依赖于到达时间的统计分布。通过优化脉冲的入射波前，我们最大化在选定的时间传输的功率，这种控制显着增强的长程时空相关性。我们提供了一个明确的相关性和增强之间的关系，这与实验数据非常吻合。我们的工作表明，多模光纤提供了一个肥沃的土壤，研究复杂的波现象，和强时空相关性可以用于在一个明确的时间有效的功率传输。
2018-11-06 physics.optics
Spatio-temporal Control of Light Transmission through a Multimode Fiber with Strong Mode Coupling
我们实验产生和表征的Wigner-Smith时间延迟矩阵的本征态，称为主模，在多模光纤与强模式耦合。独特的光谱和时间特性的主模式，使通过光纤传输的光脉冲的时间动态的全局控制，尽管随机模式混合。我们的分析表明，定义明确的延迟时间的本征态形成的多路径干涉，这可以有效地操纵输入波前的空间自由度。这项研究对于控制波散射的动力学是必不可少的，为通过复杂介质的脉冲传播的相干控制铺平了道路。
2016-01-18 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
Spatio-temporal characterization of ultrashort vector pulses
本文提出结合空间分辨傅里叶变换光谱与Mach-Zehnder干涉测量的新方法，用于超短柱对称矢量脉冲的时空表征，并成功完整表征了800 nm钛宝石激光器输出的10 fs径向偏振脉冲。
2021-01-27 physics.optics
Inverse design of a spatial demultiplexer for free-space optical communications: direct optimization over turbulence statistics
本文研究了自由空间光学通信中空间解复用器的设计，通过比较不同模基的功率耦合统计，发现模式的空间支持比基的选择更重要，提出了一种基于随机梯度下降的紧凑双平面折射系统逆设计方法，优化了湍流统计。
2026-03-19 physics.optics
Simple few-shot method for spectrally resolving the wavefront of an ultrashort laser pulse
本文提出利用特殊针孔掩模和焦点散斑反演超短激光脉冲光谱分辨波前的少脉冲方法，并实验验证其可准确测量多种色差。
2024-02-26 physics.ins-det physics.optics
Higher-order spatiotemporal wave packets with Gouy phase dynamics
本文提出一族引入模态阶数的高阶时空波包，其模态阶数与古伊相位强耦合以揭示反常时空动力学，并通过拉伸参数实现脉冲持续时间与模态阶数解耦，同时提出了分析相速度和群速度的普适方法。
2025-11-03 physics.optics
Spatio-temporal measurement of ionization-induced modal index changes in gas-filled PCF by prism-assisted side-coupling
我们报道了利用棱镜辅助的侧面耦合来研究充氩空芯光子晶体光纤中光电离的时空动力学。通过发射四种不同的LP核心模式，我们能够探测电离事件后从几百皮秒到几百微秒的时间尺度上的模式折射率的时间和空间变化。我们的实验分析的基础气体密度波，并找到良好的协议与定量和定性的流体动力学预测。此外，我们观察到在MHz范围内持续几微秒的周期性调制，表明由气体密度波驱动的纤维结构的纳米级振动。
2020-06-12 physics.optics physics.plasm-ph
X-ray vacuum diffraction at finite spatio-temporal offset
本文研究了高强度光脉冲与X射线自由电子激光脉冲在有限时空距离下的正面碰撞中，X射线真空衍射的非线性QED特征。在X射线探针的前锥外，高强度激光驱动的信号光子散射构成了量子真空非线性的一个有前景的实验特征。借助于一个简化的唯象ad-hoc模型，最近有人认为，在远场的信号的角分布是敏感的探测光束在与高强度泵浦的相互作用区域的波前曲率。在这项工作中，我们的泵浦和探测场的脉冲傍轴高斯光束模型，并重新分析这种效果的第一性原理。我们专注于真空衍射既作为一个单独的签名量子真空非线性和作为一种潜在的手段，以提高信号背景分离在真空双折射实验。
2021-09-19 hep-ph physics.optics quant-ph
Line-scan Compressive Raman imaging with spatio-spectral encoding
我们报告了一种线扫描成像模式的压缩拉曼技术与单像素探测器。沿着照明线的空间信息被编码到数字图像处理设备的一个轴上，而光谱编码掩模沿着正交方向被应用。我们展示了三种不同化学物质的成像和分类。
2020-06-12 eess.IV physics.optics
Image-guided Computational Holographic Wavefront Shaping
提出一种无需导星的无创图像引导计算全息波前整形方法，利用自动微分优化虚拟SLM，仅用100次全息测量校正超30万散射模式，在多成像模态中展现卓越通用性。
2023-05-20 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
Modal decomposition of complex optical fields using convolutional neural networks
最近的研究表明，卷积神经网络（CNN）可以被训练成使用光场的强度图像来执行模态分解。这些技术的一个基本限制是模态相位不能使用单个强度图像唯一地计算。模式相位的知识对于波前传感、对准和模式匹配应用是至关重要的。外差成像技术可以获得高分辨率和高帧频的激光束横向复振幅和相位分布图像。在这项工作中，我们训练一个CNN使用模拟外差图像进行模态分解，允许预测完整的模态相位。据我们所知，这是第一个利用复相位信息来执行模态分解的机器学习分解方案。我们将我们的网络与传统的重叠积分和质心定心算法进行了比较，结果表明，它对光束定心不太敏感，平均而言更准确。
2021-04-17 physics.comp-ph physics.ins-det physics.optics
Spatio-Temporal Coupled Mode Theory for Nonlocal Metasurfaces
本文提出时空耦合模理论（STCMT），用于描述波前整形非局域超表面的复杂共振响应，为器件设计提供半解析框架，避免全波仿真，并展示了其在热发射空间整形中的应用。
2023-07-03 physics.app-ph physics.optics
