論文の概要: Micro-Oscillation Frequency Estimation of an Optical Point Source Using Spatial Mode Demultiplexing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.04350v1
• Date: Sun, 06 Apr 2025 04:10:49 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-08 14:10:47.919011
• Title: Micro-Oscillation Frequency Estimation of an Optical Point Source Using Spatial Mode Demultiplexing
• Title（参考訳）: 空間モード多重化を用いた光点源の微小振動周波数推定
• Authors: Chao-Ning Hu, Jun Xin, Xiao-Ming Lu,
• Abstract要約: 本稿では,光点状音源の運動特性を推定するためのノイズロバスト手法として空間モードデマルチプレクシング(SPADE)を提案する。 本研究では,SPADEが点源の位置情報をいくつかの重要な空間モードに効率よく集中させ,必要な検出器の数を劇的に減らしていることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: High-resolution array detectors are widely used in single-particle tracking, but their performance is limited by excess noise from background light and dark current. As pixel resolution increases, the diminished signal per pixel exacerbates susceptibility to noise, degrading tracking accuracy. To overcome this limitation, we propose to use spatial mode demultiplexing (SPADE) as a noise-robust approach for estimating the motion characteristics of an optical point-like source. Utilizing quantum estimation theory, we show that SPADE efficiently concentrate the point source's positional information into a few key spatial modes, drastically reducing the number of detectors needed while maintaining high estimation precision. We further demonstrate, both theoretically and experimentally, that a SPADE with two elaborately designed modes outperforms direct imaging in estimating the micro-oscillation frequency of an optical point source in the presence of background noise.
• Abstract（参考訳）: 高分解能アレイ検出器は単一粒子追跡において広く用いられているが、その性能は背景光や暗流からの余分なノイズによって制限されている。 画素解像度が増大するにつれて、画素当たりの信号の減少はノイズへの感受性を悪化させ、追跡精度を低下させる。 この制限を克服するため,光学点のような音源の運動特性を推定するためのノイズローバスト手法として空間モードデマルチプレクシング(SPADE)を提案する。 量子推定理論を用いることで、SPADEは点源の位置情報をいくつかの重要な空間モードに効率よく集中させ、高い推定精度を維持しながら必要な検出器の数を劇的に削減することを示した。 さらに、理論的および実験的に、2つの精巧に設計されたモードを持つSPADEが、背景雑音の存在下で光学的音源の微小振動周波数を推定する際に直接撮像より優れていることを実証した。

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