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ss 空间光干涉显微镜(SLIM)技术背景:相衬显微镜可以无需染色观察相位物体。大多数的活细胞是透明的(即相位物体),光的吸收和散射都很弱,由细胞厚度或折射率变化来改变入射光波的位相分布。而人眼只能感受光强的变化,不能辨别位相变化。 解决这一困难需要将位相变化转化为强度的变化。生物学家采用对透明细胞的染色技术达到这一目的。但是,染色会对细胞的健康、结构等带来一系列影响,使得我们不能在显微镜下如实的观察细胞的生命过程。Zernike发明的相衬显微镜通过改变直接透射光和相位物体微弱的散射光之间的位相关系,将空间的位相变化转换成人眼可观测的强度变化,使得透明相位物体无需染色即可清晰的观察其内部细节。 ...
来使用单光子干涉测量实现基于张量网络的、量子位高效的图像分类器。主要步骤图1所示。i、将分类图像的所有数据映射到量子态,使用具有N(在文章中N=784个像素(特征))个特征的基于张量网络的监督机器学习算法训练矩阵乘积态(matrix product state, MPS)分类器;ii、使用基于纠缠的优化提取少量(a handful of)最重要的特征;iii、构建一个新的MPS,然后使用在步骤ii中获得的特征进行训练,训练得到保留少量特征量子位的缩小(reduced)了的MPS(保留量子特征空间中具有最大纠缠熵的少量特征量子位,在文章中是3或5个特征量子位,对应于论文所提分类器的三层或五层结构 ...
成像、显示、干涉测量、数据存储等领域都扮演着重要的角色。将全息与其它光学手段区分开来的是其具有记录和重建物体的强度和相位的能力。全息记录通常是物波与参考波干涉生成将物波的振幅和相位都编码的全息图。全息重建则是从记录的全息图强度恢复物的信息。全息可以分为同轴全息和离轴全息。同轴全息是指物波和参考波共轴,具有系统简单、大带宽积、稳定性强、重建时受到共轭像干扰等特点。离轴全息是指物波和参考波有夹角,使得共轭像与期望的重建像分离,从而获得清晰的重建像,但是带宽积不如同轴全息,且系统较复杂,抗干扰能力较差。电子计算机和图像传感器(CCD、CMOS)的发展将全息由模拟时代引入数字时代。图像传感器作为全息图 ...
er)薄膜上干涉形成(两束光的方向相反,从而生成反射模式全息图)。记录的全息图在639nm、532nm、457nm下多色复用记录(记录装置示意图见附录),用于彩色显示。实验结果:图3A为做成可穿戴式的AR显示器,图3B和C分别为室内和室外的实验结果。图3D为AR显示器各个模块与一个US quarter硬币的尺寸对比。附录:(1) 经典pancake光学器件的原理。见下图。a、显示器(Display)的出射光经过线偏振片(LP-2)转化为P线偏光,b、流经四分之一波片(QWP-2)转换为右旋圆偏振光(RCP),c、流经50/50分光镜(BS),d、透射的右旋圆偏振光流过四分之一波片(QWP-1) ...
马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer, MZI)可以实现给定维度的任意空间线性光学函数。当前不足:如空间模式转换器、线性光学量子计算门以及用于通信和其它应用的任意线性光学处理器这样的先进光学函数,可以在硅光子技术中使用MZI网格(mesh)来实现,但性能受到不能实现理想的50:50分割的分束器的限制。文章创新点:基于此,美国斯坦福大学的David A. B. Miller提出了一种新的架构和一种新颖的自我调整方法,可以自动补偿从85∶15到15∶85之间由于不完美制造产生的非理想分光比,并能够大规模制造用于各种复杂和精确线性光学函数。原理解析:(1) 使用 ...
分解为由光学干涉单元(optical interference unit, OIU)执行光学矩阵乘法和光学非线性单元(optical nonlinearity unit, ONU)执行非线性激活(ONU可以使用常见的光学非线性来实现,如饱和吸收和双稳态),见图1b、c。执行任务时,需要处理的数据首先在计算机上预处理成高维向量,预处理的信号随后编码成在光子集成电路中传播的光脉冲幅度,从而实现多层ONN,见图1d。每一层ONN由OIU和ONU组成。原则上,ONN可以完全在光域中实现任意深度和维度的ANN。(2) OIU实现。由于一个一般的实值矩阵(M)可以通过奇异值分解(SVD)分解为 M=UΣV ...
ehnder干涉仪(MZI)在硅芯片上展示了一个突破性的、完全集成的光学神经网络(optical neural network,ONN)。通过计算每个MZI的相应相位,可以将任意矩阵有效地映射到该ONN硬件上。对于此类网络,所需的非线性可以通过利用强度调制器、相机的饱和效应、光电二极管的二次非线性、半导体放大器的饱和、可饱和吸收器等多种方法来实现。从那时起,人们提出了许多方案来进一步优化这些阵列的实现及其片上训练过程。虽然 ONN 在学术和工业界中都受到了相当大的关注,但现在研究人员越来越意识到,改变芯片上的相位是不可取的,而且会显著掩盖光子加速器的潜在优势。在这些结构中,相位变化通常由热光移 ...
值模拟衍射和干涉来实现具有高空间-角度分辨率的3D投影。全息将动态光场编码为相位和振幅变化的干涉图案,即全息图。通过选择照明光束,全息图将入射光衍射成原始光场的准确再现。重建的3D场景呈现准确的单目和双目深度线索(depth cues),这是传统的显示手段难以同时实现的。然而,高效、实时地创建逼真的计算机生成全息图(CGH)仍然是计算物理学中尚未解决的挑战。其主要挑战是对连续3D空间中的每个目标点执行菲涅耳衍射模拟所需的巨大算力要求。有效的菲涅耳衍射模拟极具挑战性,目前通过用物理精度换取计算速度来解决。基于预先计算的元素条纹、多层深度离散化、全息立体图、波前记录平面(或者中间光线采样平面)和仅 ...
面板上,使用干涉图案模仿来自物体的真实世界波前,从而使2D投影呈现3D效果。在全息图的早期,带有特殊涂层的照相底片用于记录波前的幅度和相位信息。今天,使用计算机和显示器生成全息投影。典型的计算机生成的全息图由算法计算并使用空间光调制器进行投影1。虽然一些增强现实(AR)系统使用显示屏幕,如 OLED发射图像或用清晰面板反射投影图像,但先进的全息技术是一种新兴的、具有大众市场潜力的AR可视化方法。基于计算机生成全息(CGH)显示的AR设备示意图。CGH上传到空间光调制器上,参考光照射下的衍射光通过分束器的一个方向到达人眼,真实环境通过分束器的另一个方向进入人眼,形成组合带有AR图像的背景环境图像 ...
传感器组成的干涉仪构成双光梳数字全息,可实现具有高时间相干性的高频率复用全息。作者:Edoardo Vicentini ,Zhenhai Wang...Nathalie Picqué原文链接: https://www.nature.com/articles/s41566-021-00892-x4 快报标题:通过在有机半导体界面形成三重态实现高效固态光子上转换简介:证明了有机半导体异质结界面对光的高效上转换。这个过程是由界面处的电荷分离和重组介导的电荷转移状态实现的。作者:Seiichiro Izawa & Masahiro Hiramoto原文链接: https://www.natur ...
目标图像通过干涉的方式形成。用于全息显示的相位型SLM存在衍射效率低的问题。这是由于其有限的像素填充因子、背板架构和其它因素,使得多达20%的入射光可能不会被衍射,从而产生零级衍射级,这通常会干扰控制的衍射级并显著降低观察到的图像质量。导致目前计算生成全息的图像质量还不如传统的显示技术。在光学中,同轴和离轴滤波方案是两种最常用的技术,可最大限度地减少零级衍射。同轴滤波在物理上阻挡了傅立叶平面上的未衍射光束,这不可避免地也阻挡了一些低频成分的衍射光。此外,当复用三种颜色时,这种遮挡操作会更具挑战性。离轴方法会导致视场减小(使用第一级衍射级的一半)或效率降低(使用更高的衍射级),而这两个因素对于近 ...
和参考光发生干涉计算得来。它的优势在于天然考虑了遮挡和视差线索,因此渲染准确。但代价是计算量巨大。将CGH的一些计算预先存储在查找表中可以降低计算的要求。通过在专门构建的硬件加速器上执行计算也可以加快计算的时间。尽管计算机全息领域已经取得了很大的进展,但是从最近的文献来看,使用基于波前的算法计算的三维图像的质量仍然很难令人信服(见图4)。这也证明了要再现完整详细的全息图像是多么的困难。图4、文献中基于波前的计算机生成全息图的光学重建示例在许多情况下,使用基于波前的方法计算的全息图像缺乏纹理(见图4(2))。这是因为纹理的渲染需要考虑到材料表面最精细的细节,而计算机还无法达到这种层次的细节。机器 ...
ehnder干涉光路。激光器出光经过第一个半波片(HWP1)和偏振分光棱镜(PBS)组合,分成物参光能量比可调(通过旋转HWP1实现)的物光和参考光。参考光路有第二个半波片(HWP1),用于调整参考光的偏振方向,使得最终的干涉对比度最大。物光和参考光的光路使用相同的物镜,用于抵消物镜引入的相位畸变。最终物光和参考光经过分光棱镜(BS,非偏振敏感)合束,被相机接收。通过旋转BS以改变物光和参考光之间的夹角,以形成离轴干涉干涉光路。激光器输出功率20mW(MSL-III-532,长春新产业),25X/0.4物镜(GCO-2114MO,大恒新纪元)。(2)植物细胞诱导脱水引起细胞核在一个大的范围内旋 ...
的马赫-曾德干涉仪 (MZI) 网格(mesh)可以实现任意矩阵乘法而不会产生基本损耗(fundamental loss),这些架构也很容易配置和控制。具体来说,最近的硅光子神经形态电路已经证明了使用相干光对矩阵向量乘法的奇异值矩阵分解实现。在这种情况下,在硅芯片上制造的MZI实现了逐元素乘法。这种设计代表了使用光的神经网络最关键构建模块之一的真正并行实现,现代代工厂(foundry)可以轻松地批量制造这种类型的光子系统。这种设计的挑战之一是 MZI 的数量随着向量中元素数量N以N2增长,这是实现任意矩阵的必要结果。随着光子电路尺寸的增加,损耗、噪声和缺陷也成为更大的问题。因此,构建足够准确的 ...
,基准点产生干涉图案(下),该干涉图案被独立的相机以高帧率记录。衍射图案的变化用于监测样品所经历的运动。实验结果:图2:用于3D dSTORM成像、无监督数据采集和活细胞单分子跟踪的定制基准实时亚纳米聚焦和动态聚焦参考文献:Coelho, S., Baek, J., Walsh, J. et al. Direct-laser writing for subnanometer focusing and single-molecule imaging. Nat Commun 13, 647 (2022).DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-022-28219-6关 ...
多模态空间光干涉显微镜(spatial light interference microscopy, SLIM)和落射荧光对载玻片进行成像,覆盖相同的视野(见图1b)。对所得图像进行处理以提取与单个病毒颗粒相关的图像对(见图1c)。使用这些数据训练U-Net卷积神经网络,荧光图像作为ground-truth。U-Net输出语义分割图,即对各种病毒类型进行分类和标记的图像(见图1d)。(2)图像采集。在相衬显微镜(Nikon Eclipse Ti倒置显微镜)上集成SLIM模块(CellVista,Phi Optics,Inc.)采集荧光(ground truth)和SLIM(SLIM本质上是严格 ...
经是提高激光干涉引力波探测器性能的常用手段。灵敏度提高的重要性促使人们将量子关联照明引入显微镜领域。量子关联也被用于红外光谱成像和光学相干层析的照明。然而,所有先前的实验使用的光强度比通常会出现生物物理损伤的光强度低 12 个数量级以上,并且远低于精密显微镜中通常使用的强度。因此,它们没有提供绝对的灵敏度优势(在没有量子关联的情况下,使用更高的光功率可以实现更高的灵敏度)。由于用于产生量子关联的方法的局限性、且量子关联产生后的脆弱性以及集成到精密显微镜中极具挑战性等,表明将照明强度提高到与高性能显微镜相关的水平是一个长期存在的挑战。相干拉曼显微镜是一种非线性显微镜,可探测生物分子的振动光谱。它 ...
一种横向剪切干涉的专利技术,它可以直接测量穿过细胞的光束相位。这种技术的优势在于极大的增强了观察细胞是的对比度。而且Phasics的技术通过直接测量穿过标本光束的相位,能够提供关于标本的大量信息。相较于荧光成像,Phasics技术不需要任何标记,因此对于生物标本没有任何损坏。除此之外因为测量的是生物内在的特性,而不是标记染色,因此Phasics的信息更加可靠。最后,Phasics提供一个细胞更加完整的视图:即使没有染色,所有结构也能够清晰的显示,这有助于更好的了解标本及其相互作用。溶酶体测量然而,在某些场合下,将应该成像和Phasics技术想结合会非常有趣。这篇文章中,我们将定位并且测量溶酶体 ...
束之间可产生干涉效应,进而会对光进行滤波(如图2中所示),在某些特定的波长下产生干涉相长,如果两个反射镜间距较大,而镜面宽度比较小时,只有相对镜面入射角非常接近0°的光才能经过很多次的反射后不会移出谐振腔;从FP谐振腔输出的激光单模的谱线宽度随着两反射镜间距增大而减小;综上,对FP腔的尺寸可以控制输出激光的发散、波长、谱宽等。图2:F-P腔的滤波功能相关文献:[1]李耐和. 可调谐激光器种类及发展趋势[J]. 世界产品与技术, 2002(2):3.您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息,或直接来电咨询4006-888-532,我们将竭诚为您服务。 ...
周期性地相互干涉,而不是随机或恒定的输出强度,从而产生强烈的光脉冲或脉冲。这种激光器被称为锁模激光器。这些脉冲在时间上以τ=2L/c隔开,其中τ是光在激光腔中进行一次往返所需的时间。该时间对应的频率正好等于激光器的模式间距每个光脉冲的持续时间由同相振荡的模式数决定。如果有N个频率间隔Δν的模式被锁定,则整体锁模带宽为NΔν,且该带宽越宽,激光器的脉冲宽度越短。实际上,实际脉冲宽度由每个脉冲的形状决定,而每个脉冲的形状又由每个纵模的精确振幅和相位关系决定。例如,对于产生高斯时间形状脉冲的激光,最小可能脉冲宽度Δt由下式给出:值0.441被称为脉冲的时间带宽积,并根据脉冲形状而变化。对于超短脉冲激 ...
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