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
Visualizing aerosol-particle injection for diffractive-imaging experiments
将亚微米粒子传送到强x射线焦点是x射线自由电子激光单粒子衍射成像实验的一个关键方面。在不干扰粒子注入器操作的情况下实现亚微米气溶胶粒子流的直接可视化可以通过减少测量期间消耗的时间和样品量来大大提高单粒子成像实验的总体效率。我们已经开发了原位非破坏性成像诊断，以帮助实时粒子注入器优化和X射线/粒子束对准，基于激光照明方案和快速成像探测器。我们的诊断被构造为在测量期间提供关于注射器性能的非侵入性快速反馈，并且已经在FLASH自由电子激光的衍射测量期间被证明。
2015-12-19 physics.optics
Imaging with flat optics: metalenses or diffractive lenses?
最近，对用于成像的超透镜的兴趣激增。这种兴趣主要是基于它们的亚波长厚度。自19世纪后期以来，衍射透镜一直被用作薄透镜。在这里，我们表明，多级衍射透镜（MDLs），如果设计得当，可以超过超透镜的性能。此外，MDL可以被设计和制造为具有更大的组成特征，使得它们可用于低成本、大面积的批量制造，这对于超透镜通常是具有挑战性的。支撑基板将主导所有平面光学器件的总厚度。因此，由超透镜提供的厚度略微减小（从~2λ到~λ/2）的优点可能是无用的。我们进一步阐述了这些方法之间的差异，并澄清超透镜在操纵光的偏振态时具有独特的优势。
2019-08-07 physics.optics
Coherent X-ray Diffractive Imaging; applications and limitations
衍射图案的反转提供了无像差的衍射受限的3D图像，而没有基于透镜的断层扫描系统的分辨率和景深限制，唯一的限制是辐射损伤。我们回顾我们的实验结果，讨论这种技术的基本限制和未来的计划。
2003-08-15 physics.optics
Diffractive optics approach towards subwavelength pixels
相机和其他折射成像设备中的像素大小通常受到自由空间衍射的限制。然而，绝大多数基于光电倍增管的检测器是基于具有相当高的折射率的材料。我们证明，衍射光学可以用来利用这种高折射率，以减少传感器的有效像素大小低于自由空间衍射极限。同时，衍射系统将入射光束的振幅和相位信息编码到多个像素中，为动态重聚焦的噪声容忍成像提供了平台。我们探讨了高折射率衍射光学打开的机会，以减少传感器的尺寸和增加成像结构的信噪比。
2018-03-26 physics.optics
Imaging over an unlimited bandwidth with a single diffractive surface
通常认为，校正成像中的色差需要多个表面。在这里，我们表明，通过允许在平面透镜的图像平面中的相位是一个自由参数，它是可能的，以纠正色差在几乎无限的带宽与一个单一的衍射表面。具体而言，我们设计，制造和表征的平面多级衍射透镜（MDL）的图像在波长从450 nm到850 nm。我们的实验特征的聚焦效率，调制传递函数，波前像差，渐晕，失真和信噪比性能的相机组成的MDL和传统的图像传感器。进一步设计了两个工作波长分别为500 nm ~ 15μm和2μm ~ 150μm的MDLs。在工作带宽没有明显限制的情况下，这种平面透镜可以取代传统上用于色彩校正所需的多个折射表面，从而导致更薄、更轻和更简单的成像系统，其带宽主要受传感器的量子效率限制。
2019-07-14 physics.optics
Diffractive optical element for super-Gaussian beam shaping on intersatellite optical communications
University of Cambridge（剑桥大学）
针对星间光通信链路指向抖动问题，采用Gerchberg–Saxton算法设计衍射光学元件生成超高斯光束，评估其制造与波前要求以提升链路性能。
2026-08-25 physics.optics
Sparsity-based single-shot sub-wavelength coherent diffractive imaging
我们提出了实验重建的亚波长特征的稀疏光学对象的远场强度：基于稀疏的亚波长成像相结合的检索。作为例子，我们证明了随机和有序的100 nm的功能与分辨率为30 nm，照明波长为532 nm的安排的恢复。我们的算法技术依赖于最小化自由度的数量;它实时工作，不需要扫描，并且可以在所有现有的光学和非光学显微镜中实现。
2011-12-20 physics.optics
Pseudoscopic Imaging by Means of a Holographic Screen
通过将衍射编码图像投影到衍射屏幕上来获得伪视放大图像
2013-05-16 physics.optics
Quantitative Chemically-Specific Coherent Diffractive Imaging of Buried Interfaces using a Tabletop EUV Nanoscope
表征埋层和界面对于纳米科学和纳米制造中的许多应用至关重要。在这里，我们展示了非侵入性的，非破坏性的成像的掩埋接口使用桌面，极紫外（EUV），相干衍射成像（CDI）纳米镜。镶嵌在SiO2中的铜纳米结构涂覆有100 nm的铝，其对可见光是不透明的并且足够厚，使得光学显微镜和原子力显微镜都不能对掩埋界面成像。短波长（29 nm）高谐波光可以穿透铝层，产生掩埋结构的高对比度图像。此外，涂层前后界面的绝对反射率的差异揭示了在Al-Cu和Al-SiO2界面处形成间隙扩散和氧化层。最后，我们表明，EUV CDI提供了一个独特的能力，定量的，化学特定的隐埋结构的成像，并发生在这些隐埋界面的材料演变，与所有其他方法相比。
2016-03-03 physics.optics
Generalized reciprocal diffractive imaging for stand-alone, reference-free, fast-measurable quantitative phase microscopy
本文通过在光瞳平面引入空间滤波，将互反衍射成像（RDI）从漫射物体扩展到生物样品，实现独立、无参考、单次快速测量的定量相位显微术。
2025-03-17 physics.optics
Single- and multi-layer micro-scale diffractive lens fabrication for fiber imaging probes with versatile depth-of-field
该研究提出将封装的平面衍射透镜键合到光纤端面的新方法，可制备单层及多层微尺度衍射透镜，实现灵活景深的光纤成像探针，有望支撑超薄先进成像与传感应用。
2024-01-25 physics.optics
Single-particle incoherent diffractive imaging and amplified spontaneous emission in copper nanocubes
本研究通过单粒子非相干衍射成像技术，实现了高分辨率的铜纳米立方体成像，并揭示了高通量纳米成像的基本限制。
2025-12-15 physics.optics
White Light Colour Photography for Rendering Holoimages in a Diffractive Screen
作者（1990）以前曾演示过对来自场景的连续视图序列进行颜色编码的能力。在目前的工作中，这个过程的方案是显示在白色光从一个黑色和白色的对象是衍射在衍射光栅，然后拍摄在彩色胶片。到达彩色摄影胶片平面的两条不同波长的光线决定了物点的立体表现。由于波长可以是连续可见光谱内的任意值，这种情况构成了连续立体摄影的新局面。一个自然的解码过程是代表了一个扩散的白色光源，从一侧的发展摄影胶片。与入射光线的先前位置匹配的一条白色光线在穿过照相载玻片时接收配准点的光谱特性。它表征了光路反转的情况，理想的结果对应于投射的白光点聚焦在原始物体位置。这种情况会产生物体的幻视图像，从一定距离看，其颜色取决于观察者的水平位置。
2009-04-16 physics.optics
Super-Resolution Coherent Diffractive Imaging via Titled-Incidence Multi-Rotation-Angle Fusion Ptychography
针对相干衍射成像（CDI）受阿贝衍射极限限制的问题，提出倾斜入射多旋转角度融合叠层成像技术，结合tmf-PIE算法整合多角度数据，实现2倍分辨率增强并减轻伪影，为超分辨率成像提供新方案。
2025-04-13 physics.optics
Imaging with Diffractive Axicons Rapidly Milled on Sapphire by Femtosecond Laser Ablation
在短时间内（约10分钟）和以较少数量的处理步骤制造大面积（小于1 cm横截面）微光学部件是非常期望的和成本有效的。近年来，飞秒激光制造技术通过提供上述能力而彻底改变了制造领域。在这项研究中，一个基本的衍射光学元件，二元轴棱锥，即具有两个相位或振幅水平的轴棱锥，已被设计成三种配置，即传统的轴棱锥，光子筛轴棱锥（PSA）和稀疏PSA，并直接铣削到蓝宝石衬底上。加工结果表明，单脉冲群加工比脉冲重叠加工能得到平整光滑的表面轮廓，但脉冲重叠加工会引起表面损伤和粗糙度增加。制造的元件在异丙醇和氢氧化钾中进行处理，以去除碎片并重新沉积非晶蓝宝石。非相干照明用于组件的光学测试，并且非线性光学滤波器用于清除由衍射光学元件产生的噪声图像。
2021-10-08 physics.optics
Imaging across the Short-Wave Infra-Red (SWIR) Band via a Flat Multilevel Diffractive Lens
我们设计并制作了一个在短波红外波段（875 ~ 1675 nm）消色差的平面多级衍射透镜。MDL的焦距为25 mm，孔径为8.93mm，厚度仅为2.6um。通过将MDL与SWIR图像传感器配对，我们还表征了其在点扩散函数、调制传递函数以及静态和视频成像方面的成像性能。
2019-08-06 physics.app-ph physics.optics
Mapping nanoscale charge states and phase domains with quantitative hyperspectral coherent diffractive imaging spectroscopy
功能材料和纳米器件的关键性能通常源于不同热力学相和/或氧化态的共存，但样品组成很少完全已知的先验。相干衍射成像（CDI）提供了观察纳米尺度共存所需的空间分辨率，同时返回物体的全部振幅和相位信息，但迄今为止缺乏成分识别所需的光谱信息。在这里，我们展示了CDI光谱（CDIS），获得了原型量子材料钒氧化物的图像，跨越钒L2，3和氧K X射线吸收边，具有纳米级分辨率。使用高光谱X射线图像，我们显示在一个单一的样品中的多个氧化状态和阶段的共存，并提取完整的复折射率的V2 O 5和单斜绝缘和金红石导电相的VO 2。这些结果限制了隐藏相在VO 2绝缘体到金属过渡中的作用。
2020-08-27 physics.optics
Coherent Diffractive Imaging Using Randomly Coded Masks
相干衍射成像（CDI）为同时具有振幅和相位对比的高分辨率X射线成像提供了新的机会。CDI的扩展拓宽了该技术在各种实验几何和物理系统中的应用范围。在这里，我们实验性地展示了一种新的扩展CDI，通过使用一系列随机编码的掩码来编码额外的信息。从少量额外的衍射测量中获得的信息消除了对典型对象域约束的需要;该算法使用有关掩模的先验信息。该实验使用532.2 nm的激光二极管进行，从而能够为未来的X射线同步加速器甚至自由电子激光实验进行快速原型制作。衍射图案是用CCD检测器和单个样品之间放置的多达15个不同的掩模收集的。相位恢复使用称为“PhaseCut”的凸松弛例程执行，然后是Fienup的输入输出算法的变体。通过相位恢复传递函数的计算以及通过重建和样品的基于透镜的图像之间的对象空间比较来判断重建质量。该分析的结果表明，有足够的掩模（在这种情况下3或4）的衍射相位收敛可靠，这意味着恢复的解决方案的稳定性和唯一性。
2015-09-10 physics.optics
Computational multi-spectral video imaging
多光谱成像仪揭示了人类和传统相机无法感知的信息。在这里，我们展示了一个紧凑的单镜头多光谱视频成像相机，通过放置一个微结构的衍射滤波器靠近图像传感器。衍射滤波器将光谱信息转换为传感器像素上的空间代码。在校准步骤之后，可以通过基于正则化的线性代数来反转该代码，以计算多光谱图像。实验表明，在可见光波段（430 nm至718 nm）内的光谱分辨率为9.6 nm。我们进一步表明，空间分辨率提高了30%以上的情况下，没有衍射滤波器。我们还演示了使用相同传感器的可见光红外成像。此外，我们的相机是能够计算权衡光谱分辨率对软件中的视场，而无需在硬件上的任何变化，只要足够的传感器像素用于信息编码。由于没有使用吸收性滤色器，因此也保留了灵敏度。最后，衍射滤波器可以很容易地制造使用光刻和复制技术。
2017-11-20 physics.optics
Fast Simulation of Wide-Angle Coherent Diffractive Imaging
本文提出了一种用于宽角相干衍射成像的快速模拟方法，通过多切片傅里叶变换提升计算效率和精度。
2025-08-01 physics.optics
Quasi one-shot full-field surface profilometry using digital diffractive-confocal imaging correlation microscope
提出了一种基于数字化衍射-共焦成像相关显微镜的一次全视场表面轮廓测量方法。光学配置采用共焦显微镜设置，并建立在DMD上，以产生特定的针孔阵列排列，以最大限度地减少串扰效应。提出了一种由针孔衍射图样生成归一化互相关深度响应曲线的新方法。使用这种方法，亚微米尺度的深度可以检测到高精度和精度。
2019-04-11 physics.app-ph physics.optics
Diffractive flat lens enables Extreme Depth-of-focus Imaging
透镜执行从物体到图像平面的近似一对一映射。图像平面中的这种映射被维持在景深（或者如果对象在无限远处，则被称为焦深）内。当图像被大于景深的距离分开时，这需要重新聚焦透镜。这样的重新聚焦机构会增加成像系统的成本、复杂性和重量。在这里，我们表明，通过明智的多级衍射透镜（MDL）的设计，它是可以大大提高焦深，超过4个数量级。使用这样的镜头，我们能够在实验中保持对相距约6米的物体的聚焦。具体地，当被λ = 0.85 mm的准直光照射时，MDL产生的光束在距MDL 5 mm至约1500 mm的范围内保持聚焦。测量的聚焦光束的半峰全宽从6.6um（距MDL 5mm）到524um（距MDL 1500mm）变化。由于旁瓣得到很好的抑制，主瓣接近衍射极限，因此证明了在整个焦距范围内具有20度x 15度的水平X垂直视场的成像。该演示为镜头设计开辟了新的方向，通过将焦平面中的相位视为自由参数，极端焦深成像成为可能。
2019-10-16 physics.optics
Incoherent Diffractive Imaging via Intensity Correlations of hard X-rays
已建立的X射线衍射方法允许晶体、结晶蛋白质结构甚至单个分子的高分辨率结构测定。虽然这些技术依赖于相干散射，但像康普顿散射或荧光发射这样的非相干过程-通常是主要的散射机制-通常被认为对成像应用有害。在这里，我们表明，非相干散射的X射线辐射的强度相关性可以用来成像的散射原子的全三维结构，具有显着更高的分辨率相比，传统的相干衍射成像和晶体学，包括额外的三维信息在傅立叶空间为一个单一的样品取向。我们提出了一些概念上优于那些相干方法的非相干衍射成像的属性。
2017-05-24 physics.optics quant-ph
Coherent diffractive imaging of single helium nanodroplets with a high harmonic generation source
单个自由纳米粒子的相干衍射成像为原位分析其瞬态结构、光学和电子特性开辟了新的途径。到目前为止，单次单粒子衍射被认为仅在极紫外（XUV）和X射线自由电子激光下可行，这一研究领域局限于大型设备。在这里，我们展示了单次拍摄成像的孤立氦纳米液滴使用XUV脉冲从飞秒激光驱动的高谐波源。我们获得明亮的广角散射图案，使我们能够唯一地识别迄今尚未解决的超流氦滴的扁长形状。我们的研究结果标志着单次气相纳米显微镜与实验室为基础的短波长脉冲的到来，并铺平了道路，超快相干衍射成像与相位控制的双折射场和阿秒脉冲。
2017-03-15 physics.atm-clus physics.optics
Multi-wavelength coherent diffractive imaging
相干衍射成像是一种通过数值反演样品衍射图案来恢复样品图像的技术。我们提出了一种推广的多波长数据的反演方法。使用这种方法，我们表明，每个波长的单独重建可以从一个单一的多色衍射图案。通过使约束比适应多色情况来提供对波长数目的限制。该方法的性能被证明是一个函数的源频谱，内的复杂程度的出口波和样品的几何形状，使用几个数值模拟。最后，一个例子显示了使用从高次谐波产生源中选择的两个谐波来恢复元件特定信息的能力。
2020-05-07 eess.IV physics.optics
Optimizing illumination for precise multi-parameter estimations in coherent diffractive imaging
相干衍射成像（CDI）被广泛用于通过测量衍射强度图案来表征结构化样品。我们引入了一个数值框架来量化的精度，可以实现时，估计任何给定的一组参数表征的样品从测量数据。该方法基于Fisher信息矩阵的计算，为评估CDI方法的性能提供了一个明确的基准。此外，通过使用深度学习优化库优化Fisher信息度量，我们演示了如何在指定的实验约束下识别最小化估计误差的最佳照明方案。这项工作铺平了道路，在亚波长尺度的结构化样品的有效表征。
2021-01-07 eess.IV physics.optics
Circumventing size-bandwidth limits in imaging with flat lenses
最近的理论工作提出了平面透镜工作带宽的上限。在这里，我们展示了如何通过一个多级衍射透镜（MDL）的直径= 100毫米，焦距= 200毫米，设备厚度= 2.4μ m和工作带宽从这些界限可以规避？= 400 nm至800 nm。我们进一步结合的MDL与折射透镜演示混合望远镜。通过呼吁相干理论，我们表明，相对带宽的上限是令人惊讶的透镜直径或数值孔径无关，但仅限于图像传感器的带宽。由于大面积消色差平面透镜产生显着减少其折射对应物的重量，这些计算和实验开辟了非常大规模的衍射和衍射折射望远镜的机会。
2021-12-30 physics.optics
Non-linear X-ray Coherent Diffractive Imaging
本文提出利用非线性X射线过程的相干衍射方法，通过分离非线性成分实现高分辨率的量子材料和生物系统时空动态成像。
2025-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Snapshot Multispectral Imaging Using a Diffractive Optical Network
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute（加州纳米系统研究所）
提出一种基于衍射光学网络的多光谱成像系统，通过深度学习训练在输出视场创建虚拟光谱滤波器阵列，无需光谱滤波器或图像恢复算法即可实现快照式多光谱成像。
2022-12-10 cs.CV physics.app-ph physics.optics
Mechanical-scan-free and multi-color super-resolution imaging with diffractive spot array illumination
点扫描显微镜方法正在改变超分辨率成像。尽管使用多焦点技术实现了并行高速成像，但目前缺乏具有高质量照明的高效多色能力。在本文中，我们提出了第一次机械扫描和多色超分辨率显微镜（MCoSM）的斑点阵列照明，它使机械扫描的超分辨率成像与可调的分辨率和视场（FoV）的基础上的空间光调制器（SLM）。通过100 s-10，000 s不同FoV的超分辨率光斑照明成像，我们证明了MCoSM的可调能力。MCoSM通过相移扫描的不同颜色照明的分时过程扩展了当前的光谱成像能力，同时保留了衍射点阵列照明的超分辨率成像的空间灵活性。为了展示进一步将MCoSM与多色成像相结合的前景，我们还以高分辨率对荧光珠的图像进行光谱解混（四色）。MCoSM为在纳米级水平上研究复杂样品中的分子相互作用提供了一个多功能平台。
2023-03-13 physics.bio-ph physics.optics
Compressive Spectral Imaging with Diffractive Lenses
压缩光谱成像使得能够从几个复用图像重建整个三维（3D）光谱立方体。在这里，我们开发了一种新的压缩光谱成像技术，使用衍射透镜。我们的技术使用编码孔径空间调制的光场从现场和衍射透镜，如光子筛分散。编码场通过衍射透镜，然后使用单色检测器在几个平面上进行测量。然后通过稀疏恢复从这些高度压缩的测量重建3D光谱立方体。提出了一种快速稀疏恢复方法来求解这一大规模反问题。通过数值模拟，说明了在可见光区的成像性能的各种情况下，不同的压缩比。结果表明，有前途的重建性能可以实现少到两个测量。这为低成本和简单设计的高分辨率光谱成像开辟了新的可能性。
2019-09-21 eess.IV eess.SP physics.optics
Quantum coherent diffractive imaging
相干衍射成像使得能够在Single Shot中对单个自由纳米颗粒进行结构分析，并且以前所未有的空间和时间分辨率提供对它们的光诱导动力学的跟踪。CDI实验中从散射图像中提取结构信息，目前大多是基于线性响应的经典散射假设。对于强激光场，特别是共振激发，无论是线性和经典的描述可能不再是有效的人口耗尽和受激发射变得重要。在这里，我们开发了一个基于密度矩阵的散射模型，以包括这样的量子效应在本地介质响应，并探讨从线性到非线性CDI氦纳米液滴的共振散射的过渡。我们发现大量偏离的线性响应的情况下，已经为实验可达的脉冲参数，并表明，非线性时空激发动力学的结果在散射中的丰富功能，导致量子相干衍射成像（QCDI）的建议，作为一个有前途的新分支，在强场XUV和X射线物理。
2020-03-04 physics.optics quant-ph
Potential of attosecond coherent diffractive imaging
阿秒科学一直在改变我们对原子、分子和固体中电子动力学的理解。然而，到目前为止，几乎所有的阿秒科学实验都是基于光谱测量，因为阿秒脉冲由于不确定原理而具有固有的非常宽的光谱，并且与传统的成像系统不兼容。在这里，我们报告一个重要的进展，实现阿秒相干衍射成像。利用模拟的阿秒脉冲，我们从一组重叠关联衍射图样中同时重建了扩展物体的光谱、17个探针和17个光谱图像。我们进一步证实了该方法的原理和可行性，成功地进行了重叠关联相干衍射成像实验，使用发光二极管与宽光谱。我们相信这项工作为阿秒成像科学的未开发领域扫清了道路，这可能对不同学科产生深远的影响。
2020-04-05 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Quantitative phase imaging (QPI) through random diffusers using a diffractive optical network
本文提出一种全光衍射光学网络，可将随机衍射器后隐藏物体的相位信息转换为强度变化，无需外部电源即可实现高速、低功耗的定量相位成像与重建。
2023-01-19 eess.IV physics.app-ph physics.optics
Iterative phase retrieval in coherent diffractive imaging: practical issues
在这项工作中，在相干衍射成像（CDI）技术的相位恢复的问题，从讨论的参数设置的CDI实验的最终重建的良好性的评价，进行了讨论。CDI研究对象的分布通常无法通过另一种成像技术进行交叉验证。因此，重要的是要确保开发的CDI程序提供了一个无伪影的对象重建。提出了可能导致工件的关键问题，并提供了如何避免它们的方法。
2018-09-12 eess.IV physics.comp-ph physics.data-an
Multispectral Quantitative Phase Imaging Using a Diffractive Optical Network
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute (CNSI), University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所）
本研究提出一种经深度学习优化的衍射光学处理器，可单次快照实现透明样本的多光谱定量相位成像，经数值模拟验证了9/16可见波段的稳定成像性能与泛化能力，为高通量相位成像提供紧凑低功耗方案。
2023-08-05 cs.CV physics.app-ph physics.optics
Multiplane Quantitative Phase Imaging Using a Wavelength-Multiplexed Diffractive Optical Processor
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute (CNSI), University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所）
提出一种波长复用衍射光学处理器，通过深度学习训练的衍射层将不同轴向平面的2D相位分布转化为编码于不同波长通道的强度图案，实现单视场多平面全光定量相位成像，并经数值模拟和太赫兹实验验证。
2024-03-16 cs.CV cs.NE physics.app-ph
Broadband Unidirectional Visible Imaging Using Wafer-Scale Nano-Fabrication of Multi-Layer Diffractive Optical Processors
本文提出一种基于深度学习与晶圆级纳米加工的宽带偏振不敏感单向可见光成像仪，通过两层16级纳米相位特征实现正向高保真成像与反向阻挡，支持大规模高通量制造，可广泛应用于安全、国防和电信领域。
2024-12-16 physics.app-ph physics.optics
Diffractive all-optical computing for quantitative phase imaging
University of California Los Angeles (UCLA)（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute (CNSI)（加州纳米系统研究所）
定量相位成像（QPI）是一种无标记的计算成像技术，它提供了样品的光程长度信息。在现代实现中，对象的定量相位图像通过在计算机中运行的数值方法数字地重建，通常使用迭代算法。在这里，我们展示了一个衍射QPI网络，可以合成的定量相位图像的对象，通过转换成输出平面的强度变化的场景的输入相位信息。衍射QPI网络是一种专用的全光学处理器，旨在通过使用深度学习和图像数据进行空间工程设计的无源衍射表面执行定量相位到强度转换。该框架形成了一个紧凑的全光网络，轴向延伸仅为照明波长的约200-300倍，可以用一组无源透射层取代传统的QPI系统和相关的数字计算负担。全光学衍射QPI网络可以潜在地实现功率高效、高帧速率和紧凑相位成像系统，其可以用于各种应用，包括例如，片上显微镜和传感。
2022-01-22 cs.CV cs.NE physics.app-ph
Wavelength-scale ptychographic coherent diffractive imaging using a high-order harmonic source
重叠关联成像通过在照明XUV/X射线束上进行光栅扫描来实现扩展样品的相干衍射成像（CDI），从而概括了CDI技术的独特优势。这种方法的桌面实现迫切需要在科学和工业中的许多应用。以前，它是唯一可能的图像功能远远大于照明波长与桌面重叠，虽然刀口测试建议亚波长分辨率。然而，大多数现实世界的成像应用需要在扩展的视场中解析样品的最小和紧密间隔的特征。在这项工作中，我们解决了小到2.5 λ（45 nm）的功能，通过使用桌面重叠关联设置和高次谐波XUV源。对于第一次，瑞利型标准被用作高分辨率桌面设置的直接和明确的分辨率度量。这使得该成像系统能够可靠地应用于实际应用，例如生物科学、材料科学、集成电路成像和半导体掩模检测。
2018-05-24 physics.app-ph physics.optics
HD snapshot diffractive spectral imaging and inferencing
提出基于衍射滤波器阵列的高清快照光谱成像系统，单次拍摄即可获取空间与光谱信息，实现25通道高分辨率重建，并在生物组织分类、食品质量评估等应用中验证了准确推断能力。
2024-06-25 eess.IV physics.optics
Shapeshifting diffractive optical devices
在像衍射光栅和菲涅耳透镜的光学器件中，通过在与光波长相当的厚度内结构化器件表面形态来设计光波前。这种衍射光学元件的制造涉及高度精确的多步光刻工艺，其实际上将器件形态和光学功能都固定在石头上。在这项工作中，我们介绍了直接写在可擦除光刻胶上的变形衍射光学元件。我们首先发展了一种光刻配置，允许写入/擦除周期的对准光学元件直接在光路中。然后，我们展示了实现复杂的衍射光栅与光栅矢量的任意组合。最后，我们展示了一个变形衍射透镜，它是重新配置的光路，以改变光学系统的成像参数。
2021-07-27 physics.optics
Diffractive lensless imaging with optimized Voronoi-Fresnel phase
King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences（中国科学院自动化研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
无透镜相机是一类成像设备，其通过用集成的平面光学器件和计算算法替换传统的复合透镜来将物理尺寸缩小到非常接近图像传感器的位置。在这里，我们报告了一个衍射无透镜相机与空间编码的Voronoi-Fresnel相位，以实现卓越的图像质量。我们提出了一个设计原则，最大限度地利用光学获取的信息，以促进计算重建。通过引入一个易于优化的傅里叶域度量，调制传递函数体积（MTF），这是相关的Strehl比，我们设计了一个优化框架，以指导衍射光学元件的优化。所得到的Voronoi-Fresnel相位具有包含基础一阶Fresnel相位函数的准质心Voronoi单元的不规则阵列。我们使用原型Voronoi-Fresnel无镜头相机在160万像素图像传感器上在各种照明条件下演示并验证了摄影应用的成像性能。结果表明，所提出的设计优于现有的无透镜相机，并可能有利于在极端物理条件下工作的紧凑型成像系统的发展。
2022-12-07 cs.CV physics.optics
Compressive single-pixel imaging via a wavelength-multiplexed spatially incoherent diffractive optical processor
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出结合波长复用非相干衍射光学处理器与紧凑型数字神经网络的压缩单像素成像方法，通过优化变换矩阵与神经网络实现高效成像，实验验证了其在生物医学成像等领域的应用潜力。
2026-03-23 cs.NE physics.optics
Super-resolution imaging using super-oscillatory diffractive neural networks
Tsinghua University（清华大学）；Stanford University（斯坦福大学）；Beijing National Research Center for Information Science and Technology, Tsinghua University（北京信息科学与技术国家研究中心（清华大学））
提出光学超振荡衍射神经网络(SODNN)，通过衍射层与非线性调制入射光场产生超振荡效应，在远场实现无旁瓣且长景深的0.407λ超分辨焦点及多波长多焦点阵列，突破衍射极限。
2024-06-27 cs.AI physics.optics
Analysis of Diffractive Neural Networks for Seeing Through Random Diffusers
University of California, Los Angeles（加利福尼亚大学洛杉矶分校）；California Nano Systems Institute (CNSI)（加州纳米系统研究所）
通过扩散介质成像是一个具有挑战性的问题，现有的解决方案严重依赖于数字计算机来重建失真的图像。我们提供了一种无计算机的全光学成像方法的详细分析，用于使用衍射神经网络穿透随机的未知相位扩散器，涵盖不同的基于深度学习的训练策略。通过分析各种衍射网络设计的图像通过随机漫射器具有不同的相关长度，图像重建保真度和失真减少能力的衍射网络之间的权衡观察。在训练过程中，采用具有一定相关长度的随机扩散器来提高衍射网络的泛化性能。增加每个时期中使用的随机漫射器的数量减少了衍射网络的成像性能对已知漫射器的过拟合。我们还证明，使用额外的衍射层提高了泛化能力，通过新的，随机的扩散。最后，我们在训练中引入了故意的未对准，以“接种”网络，防止由于衍射网络的不完美组装而可能出现的随机层间移位。这些分析为设计衍射网络提供了全面的指导，以穿透随机漫射器，这可能会深刻影响许多领域，如生物医学成像，大气物理和自动驾驶。
2022-05-01 cs.CV cs.NE physics.optics
Subwavelength Imaging using a Solid-Immersion Diffractive Optical Processor
Harbin Institute of Technology (Shenzhen)（哈尔滨工业大学（深圳））；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；California NanoSystems Institute (CNSI)（加州纳米系统研究所）；Peking University（北京大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；David Geffen School of Medicine, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院）
本文提出一种基于固体浸没层与深度学习联合优化衍射编码器-解码器的全光成像方法，在太赫兹频段实验实现相位和振幅物体的亚波长分辨与放大重建。
2024-01-17 cs.CV physics.app-ph physics.optics
Rank-1 accelerated illumination recovery in scanning diffractive imaging by transparency estimation
我们考虑盲重叠关联的问题，这是一个未知的对象和照明功能的联合估计从衍射强度测量。在重叠关联中，来自同一物体的相邻区域的衍射测量通过重叠帧之间的成对关系而彼此相关。当照明已知时，帧之间的关系由线性投影算子给出。我们提出了一个电源迭代投影算法，最大限度地减少全球成对帧之间的差异。我们通过减去未知物体的局部平均透明度来加速幂方法的收敛。该方法对于弱散射、低对比度的目标或分段光滑的样品是有效的。
2016-02-02 math.OC physics.optics
Dynamic Coherent Diffractive Imaging Using Only a Support Constraint in the Complex Plane
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Fujikura Ltd.（藤仓株式会社）；Stony Brook University（石溪大学）；Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室）；Northwestern University（西北大学）；Singapore–MIT Alliance for Research and Technology (SMART) Centre（新加坡-麻省理工学院研究与技术创新中心）
本文提出一种仅利用样本动态的时间增量先验，通过近场衍射电影重建时变相位物体的方法，并在空间光调制器和光聚合3D打印实验中验证了其有效性。
2026-05-22 physics.optics
Single-frame far-field diffractive imaging with randomized illumination
我们介绍了一种单帧衍射成像方法称为随机探针成像（RPI）。在RPI中，样品被包含小于样品的典型特征尺寸的散斑的结构化探测场照射。然后从所得远场衍射图案重建定量振幅和相位图像。RPI的实验几何形状是简单的实施，不需要近场光学，并适用于扩展的样品。当用互补算法分析所得数据时，实现了对缺失数据具有鲁棒性的可靠重建。为了实现这些益处，施加与探针形成光学器件的数值孔径相关联的分辨率限制。因此，RPI提供了一个有吸引力的方式定量X射线相位成像时，时间分辨率和可靠性是至关重要的，但空间分辨率在几十纳米是足够的。我们讨论的方法，介绍了重建算法，并提出了两个概念验证实验：一个使用可见光，一个使用软X射线。
2020-11-24 cond-mat.mtrl-sci eess.IV physics.optics
Fiber-based diffractive deep neural network
本文提出通过优化波导模式线性耦合构建基于光纤的衍射深度神经网络，实现全光学机器学习，并在多类复杂分类任务中达到与神经网络相当的性能。
2025-02-17 physics.optics
On design of hybrid diffractive optics for achromatic extended depth-of-field (EDoF) RGB imaging
混合成像系统是折射透镜和作为衍射光学元件（DOE）的多级相位掩模（MPM）的同时物理布置。混合设置的有利特性是改进的扩展景深（EDoF）成像和低色差。我们建立了一个完全可微的图像形成模型，以使用神经网络技术来优化成像。在第一阶段，设计框架依赖于基于模型的方法与数值模拟和端到端的MPM和成像算法的联合优化。在第二阶段中，MPM被固定为在第一阶段中发现的，并且使用基于CNN学习的方法通过由空间光调制器实现的MPM来实验性地优化图像处理。本文着重分析了不同的基本光学参数：光圈尺寸、镜头焦距、MPM与传感器之间的距离对成像精度和质量的影响，为设计提供了依据。我们指出，不同的光圈大小，镜头焦距，MPM和传感器之间的距离是第一次考虑端到端的EDOF优化。我们在数值上和实验上比较了可见光波长间隔[400-700]nm和以下EDOF范围的设计：[0.5-100]m用于模拟，[0.5-1.9]m用于实验测试。这项研究涉及的应用程序的混合光学的紧凑型相机的光圈[5-9]毫米和之间的距离MPM和传感器[3-10]毫米。
2022-03-31 physics.comp-ph physics.optics
Femtosecond Diffractive Imaging with a Soft-X-ray Free-Electron Laser
理论预测，利用超短和极亮的相干X射线脉冲，在样品爆炸并变成等离子体之前，可以从大分子、病毒或细胞记录单个衍射图案。在这里，我们报告的第一个实验演示这一原则，使用闪光软X射线自由电子激光。一个25 fs，4 10^13 W/cm ^2的强脉冲，包含10^12个波长为32 nm的光子，在60，000 K下破坏纳米结构的非周期性物体之前，从该物体上产生了相干衍射图案。一种新型的X射线照相机通过滤除寄生散射和等离子体辐射来保证单光子探测灵敏度。通过过采样相位恢复直接从相干图样获得的重建图像没有显示出可测量的损伤，并且扩展到衍射极限分辨率。当可再现样本的副本被一个接一个地暴露于光束时，可以从这样的图像组装三维数据集。
2006-10-10 physics.optics
