論文の概要: All-optical complex field imaging using diffractive processors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.16779v1
- Date: Tue, 30 Jan 2024 06:39:54 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-01-31 15:55:33.101387
- Title: All-optical complex field imaging using diffractive processors
- Title（参考訳）: 回折プロセッサを用いた全光複合場イメージング
- Authors: Jingxi Li, Yuhang Li, Tianyi Gan, Che-Yung Shen, Mona Jarrahi, Aydogan
Ozcan
- Abstract要約: 本稿では,入力フィールドの振幅情報と定量的位相情報の両方をスナップショットで撮像する複雑なフィールドイメージ設計を提案する。
我々の設計では、入力複素体を集合的に変調するために構造化された逐次的な深層学習最適化微分曲面を利用する。
センサ面上の2つのチャネルの出力場の強度分布は、入力された複素場の振幅および定量的位相プロファイルと直接対応している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.665552989073797
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Complex field imaging, which captures both the amplitude and phase
information of input optical fields or objects, can offer rich structural
insights into samples, such as their absorption and refractive index
distributions. However, conventional image sensors are intensity-based and
inherently lack the capability to directly measure the phase distribution of a
field. This limitation can be overcome using interferometric or holographic
methods, often supplemented by iterative phase retrieval algorithms, leading to
a considerable increase in hardware complexity and computational demand. Here,
we present a complex field imager design that enables snapshot imaging of both
the amplitude and quantitative phase information of input fields using an
intensity-based sensor array without any digital processing. Our design
utilizes successive deep learning-optimized diffractive surfaces that are
structured to collectively modulate the input complex field, forming two
independent imaging channels that perform amplitude-to-amplitude and
phase-to-intensity transformations between the input and output planes within a
compact optical design, axially spanning ~100 wavelengths. The intensity
distributions of the output fields at these two channels on the sensor plane
directly correspond to the amplitude and quantitative phase profiles of the
input complex field, eliminating the need for any digital image reconstruction
algorithms. We experimentally validated the efficacy of our complex field
diffractive imager designs through 3D-printed prototypes operating at the
terahertz spectrum, with the output amplitude and phase channel images closely
aligning with our numerical simulations. We envision that this complex field
imager will have various applications in security, biomedical imaging, sensing
and material science, among others.
- Abstract（参考訳）: 入力された光学場や物体の振幅と位相情報の両方を撮像する複素場イメージングは、吸収や屈折率分布などのサンプルに豊富な構造的洞察を与えることができる。
しかし、従来の画像センサは強度に基づいており、磁場の位相分布を直接測定する能力は本質的に欠如している。
この制限はインターフェロメトリ法やホログラフィ法で克服することができ、しばしば反復位相探索アルゴリズムによって補われ、ハードウェアの複雑さと計算要求が大幅に増大する。
本稿では,デジタル処理を伴わない強度センサアレイを用いて,入力フィールドの振幅および定量的位相情報のスナップショット化を可能にする複雑なフィールドイメージ設計を提案する。
本設計では,入力複素場を一括変調するように構成された連続的な深層学習最適化回折面を利用し,入力面と出力面間の振幅-振幅変換と位相-強度変換を行う2つの独立したイメージングチャネルを,軸方向に約100波長にまたがるコンパクト光学設計で形成する。
センサ面上の2つのチャネルの出力場の強度分布は、入力された複素場の振幅および定量的位相プロファイルと直接対応し、デジタル画像再構成アルゴリズムの必要性を排除している。
テラヘルツスペクトルで3次元プリントした試作機を用いて複素場回折画像の設計の有効性を実験的に検証し, 出力振幅と位相チャネル画像は数値シミュレーションと密接に一致した。
この複雑なフィールドイメージ装置は,セキュリティ,バイオメディカルイメージング,センシング,物質科学など,様々な応用が期待できる。
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