3D定量相位成像的新方法消除了对数字相位恢复算法的需求

加州大学洛杉矶分校在《先进光子学》上发表的一项研究介绍了一种使用波长复用衍射光学处理器进行3D定量相位成像(QPI)的尖端方法。

QPI是一种功能强大的技术，可以揭示弱散射样品引起的光路长度变化，从而生成透明样本的高对比度图像。传统的3DQPI方法虽然有效，但受限于需要多个照明角度和大量数字后处理才能进行3D图像重建，这可能非常耗时且计算量大。

在这项创新研究中，研究团队开发了一种波长多路复用衍射光学处理器，能够将多个二维物体在不同轴向位置的相位分布全光学转换为强度模式，每个强度模式都在一个独特的波长通道上进行编码。

该设计允许使用仅强度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。

“我们对这种新方法在生物医学成像和传感方面的潜力感到非常兴奋，”首席研究员、加州大学洛杉矶分校校长教授AydoganOzcan说。

“我们的波长多路复用衍射光学处理器为透明样本的高分辨率、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QPI设计结合了波长复用和无源衍射光学元件，并通过深度学习进行集体优化。

通过执行光谱复用的相位到强度转换，该设计能够跨多个轴向平面快速定量相位成像样本。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QPI方法的有竞争力的模拟替代方案。

概念验证实验验证了该方法，展示了在太赫兹光谱的不同轴向位置处成功对不同相位物体进行成像。

该设计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阵列的新型相位成像解决方案铺平了道路，以实现高效的片上成像和传感设备。

这项研究对生物医学成像、传感、材料科学和环境分析等多个领域都具有重要意义。通过为3DQPI提供更快、更高效的方法，该技术可以增强疾病的诊断和研究、材料表征以及环境样本的监测等应用。

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