基于波长多路复用衍射光学处理器的3D定量相位成像方法
2024-08-11 23:06:38 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
加州大学洛杉矶分校开发了一种波长多路复用衍射光学处理器，能够将多个2D物体在不同轴向位置的相位分布全光学转换为光强度图像，每个图像都编码在独特的波长通道上。
据麦姆斯咨询介绍，定量相位成像（Quantitative Phase Imaging，QPI）是一种尖端的光学技术，可以揭示光在穿过生物样本、材料和其它透明结构时光程长度的变化。
与依赖染色或标记的成像方法不同，定量相位成像方法允许研究人员通过生成高对比度图像来可视化和量化相位变化，从而实现对生物学、材料科学和工程等领域至关重要的非侵入性研究。
Advanced Photonics期刊最近发表的一项研究论文介绍了一种使用波长多路复用衍射光学处理器的3D定量相位成像方法。这种创新的方法由美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）的研究人员开发，为传统的3D定量相位成像方法造成的瓶颈提供了有效的解决方案，传统的3D定量相位成像方法可能耗时且计算量大。
用于3D定量相位成像的波长多路复用衍射光学处理器（艺术图）
加州大学洛杉矶分校的科研团队开发了一种波长多路复用衍射光学处理器，能够将多个2D物体在不同轴向位置的相位分布全光学转换为光强度图像，每个图像都编码在独特的波长通道上。该设计允许使用仅光强度的图像传感器捕获位于不同轴平面的输入物体的定量相位图像，从而无需数字相位恢复算法。
“我们对这种创新方法在生物医学成像和传感方面的潜力感到兴奋。”加州大学洛杉矶分校首席研究员兼教授Aydogan Ozcan说道，“我们的波长多路复用衍射光学处理器为透明标本的高分辨率、无标记成像提供了一种新颖的解决方案，这将极大地有利于生物医学显微镜、传感和诊断应用。”
创新的多平面定量相位成像方法结合了波长多路复用和无源衍射光学元件，这些元件通过深度学习进行了集体优化。通过执行光谱复用的相位到强度转换，该新方法能够对多个轴平面上的标本进行快速定量相位成像。该系统的紧凑性和全光学相位恢复能力使其成为传统数字定量相位成像方法的有竞争力的模拟替代方案。
加州大学洛杉矶分校开发了一种使用波长多路复用衍射光学处理器对3D纯相位物体进行定量相位成像的新方法。利用通过深度学习训练的多个空间工程衍射层，该衍射光学处理器可以将多个2D物体在不同轴向位置的相位分布光学转换为强度图像，每个图像都编码在唯一的波长通道上。
概念验证实验验证了加州大学洛杉矶分校的新方法，展示了在太赫兹光谱中不同轴向位置不同相位物体的成功成像。该方法的可扩展性还允许使用适当的纳米制造方法适应电磁波谱的不同部分，包括可见光和红外波段，为集成焦平面阵列或图像传感器以实现高效片上成像和传感装置的新相位成像解决方案铺平了道路。
这项研究工作对生物医学成像、传感、材料科学和环境分析等各个领域都有重要的意义。通过为3D定量相位成像提供更快、更有效的方法，该技术可以增强疾病的诊断和研究、材料的表征和环境样本的监测等应用。
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