光重建技術(shù)背景：全息是一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)。它在計(jì)算成像、顯示、干涉測(cè)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域都扮演著重要的角色。將全息與其它光學(xué)手段區(qū)分開(kāi)來(lái)的是其具有記錄和重建物體的強(qiáng)度和相位的能力。全息記錄通常是物波與參考波干涉生成將物波的振幅和相位都編碼的全息圖。全息重建則是從記錄的全息圖強(qiáng)度恢復(fù)物的信息。全息可以分為同軸全息和離軸全息。同軸全息是指物波和參考波共軸，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、大帶寬積、穩(wěn)定性強(qiáng)、重建時(shí)受到共軛像干擾等特點(diǎn)。離軸全息是指物波和參考波有夾角，使得共軛像與期望的重建像分離，從而獲得清晰的重建像，但是帶寬積不如同軸全息，且系統(tǒng)較復(fù)雜，抗干擾能力較差。電子計(jì)算機(jī)和圖像傳感器(CCD、CMOS)的發(fā)展 ...

細(xì)胞級(jí)技術(shù)背景：生物組織是具有眾多特異性細(xì)胞到器官功能單元的復(fù)雜分級(jí)三維結(jié)構(gòu)?？臻g關(guān)系、三維形態(tài)以及這些長(zhǎng)度尺度內(nèi)和跨尺度的相互作用共同為生物功能提供了基礎(chǔ)。因此，將單個(gè)細(xì)胞的空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)映射到完整器官的尺度是理解健康或疾病中系統(tǒng)級(jí)行為的依據(jù)?，F(xiàn)有成像、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析技術(shù)無(wú)法在單細(xì)胞水平上繪制整個(gè)人體器官。更可行的方法是以較低的分辨率獲得整體空間分布，然后在其基礎(chǔ)上選擇感興趣區(qū)域進(jìn)行更高分辨率的成像，這種類型的成像可以被認(rèn)為是分級(jí)成像。目前，分級(jí)成像通常涉及在高分辨率成像之前對(duì)較大樣本進(jìn)行物理二次采樣。物理子采樣對(duì)數(shù)據(jù)配準(zhǔn)和收集正確或代表性子樣本的要求帶來(lái)了挑戰(zhàn)。當(dāng)前對(duì)完整器官實(shí)現(xiàn)多尺度三維 ...

高效計(jì)算的場(chǎng)景。關(guān)鍵圖示：（1）片上矩陣乘法引擎，使用基于光子芯片的光頻梳生成多個(gè)波長(zhǎng)執(zhí)行并行乘法累加(MAC)運(yùn)算，在利用相變材料的波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行非相干相加（此處的光頻梳利用了工作在耗散克爾孤子態(tài)(dissipative Kerr soliton states, DKS)的芯片級(jí)微梳，因?yàn)槠淇梢陨蓪拵?、低噪、完全集成的光頻梳）。a，數(shù)字和模擬電子架構(gòu)與我們的光子張量核心架構(gòu)的比較。數(shù)字電子（左）需要分布在多個(gè)內(nèi)核上的許多連續(xù)處理步驟來(lái)計(jì)算圖像的卷積運(yùn)算，而整個(gè) MVM 可以使用模擬電子內(nèi)存計(jì)算（中）一步執(zhí)行。光子內(nèi)存計(jì)算（右）將波長(zhǎng)復(fù)用作為額外的自由度，在單個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè) MVM ...

超透鏡技術(shù)背景：傳統(tǒng)的折射光學(xué)元件通常體積龐大且笨重，而對(duì)于從消費(fèi)電子產(chǎn)品到基于無(wú)人機(jī)或衛(wèi)星的遙感的各種應(yīng)用，緊湊、輕便的光學(xué)元件是其所渴求的。近年來(lái)，超表面已成為波前控制的新平臺(tái)。超表面(metasurface)由厚度小于或接近光波長(zhǎng)的、亞波長(zhǎng)間隔的電介質(zhì)或金屬天線陣列組成，它可以準(zhǔn)確地調(diào)制光的相位、振幅和偏振，且外形緊湊、具有通用成像能力。目前，廣泛應(yīng)用超透鏡(metalens)技術(shù)的主要障礙之一是其孔徑尺寸。增加透鏡孔徑的尺寸可以產(chǎn)生更高的成像分辨率，這對(duì)于顯微鏡和長(zhǎng)距離成像應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的。具有納米級(jí)非周期性特征的光學(xué)超透鏡通常通過(guò)諸如電子束光刻(electron-beam li ...

尺寸保持、背景去除的策略來(lái)分離單個(gè)線粒體。跟蹤算法通過(guò)形態(tài)特征和位移的差異連接線粒體，隨后采取間隙閉合(gap-closing)的策略。使用 Mitometer，作者發(fā)現(xiàn)三陰性乳腺癌細(xì)胞的線粒體比受體陽(yáng)性細(xì)胞的線粒體更快、更有方向性、更長(zhǎng)。此外，還發(fā)現(xiàn)乳腺癌中的線粒體運(yùn)動(dòng)和形態(tài)與代謝活動(dòng)相關(guān)，但在正常乳腺上皮細(xì)胞中則不然。Mitometer 是一種無(wú)偏且用戶友好的工具，有助于解決有關(guān)線粒體形態(tài)和功能的基本問(wèn)題。潛在用途：（1）Mitometer 可適用于需要在嘈雜圖像中分割和跟蹤大小可變對(duì)象的各種其它應(yīng)用，包括但不限于其他細(xì)胞器和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)。（2）Mitometer 與其他線粒體定 ...

器實(shí)現(xiàn)技術(shù)背景：量子計(jì)算在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算能力上都遠(yuǎn)超經(jīng)典計(jì)算。這是由于量子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的是量子比特(qubit)，而一個(gè)量子比特可以表示量子態(tài)|0?和|1?的疊加，一次運(yùn)算就可以同時(shí)處理兩個(gè)狀態(tài)的信息。傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)則不同，其儲(chǔ)存電平的高低，一次只處理一個(gè)比特的狀態(tài)數(shù)據(jù)。因此，當(dāng)處理2n比特的數(shù)據(jù)時(shí)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要操作2n次，而量子計(jì)算機(jī)只需要對(duì)n個(gè)量子比特進(jìn)行一次操作即可。量子比特的實(shí)現(xiàn)可由兩能級(jí)原子系統(tǒng)來(lái)表示也可由光的不同偏振方向表示(黃一鳴,“量子機(jī)器學(xué)習(xí)算法綜述”，2018)。結(jié)合量子計(jì)算的新型機(jī)器學(xué)習(xí)，量子機(jī)器學(xué)習(xí)近來(lái)取得了驚人的進(jìn)展，其新穎的算法預(yù)示著近期量子計(jì)算機(jī)的有用應(yīng)用。一個(gè)具 ...

息顯示技術(shù)背景：在眾多顯示應(yīng)用中，全息是一種具有變革潛力的技術(shù)。如直視(direct-view)顯示，全息可以實(shí)現(xiàn)裸眼三維顯示。對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中使用的近眼顯示器，全息顯示在感知真實(shí)感和視覺(jué)舒適度上也有更好的解決方案。對(duì)于汽車應(yīng)用中的HUD(heads-up displays)，全息顯示器不僅具有自然對(duì)焦提示(focus cues)，還具有前所未有的圖像亮度和動(dòng)態(tài)范圍。盡管計(jì)算機(jī)生成全息(conputer-generated holography, CGH)在光學(xué)系統(tǒng)和算法上已經(jīng)有了許多進(jìn)展，但是全息顯示使用相干光源產(chǎn)生的散斑使得全息還不能成為一個(gè)替代傳統(tǒng)顯示技術(shù)的成熟方案。散斑是由相干 ...

字全息技術(shù)背景：數(shù)字全息可無(wú)需透鏡、無(wú)需掃描實(shí)現(xiàn)三維成像。其可以具有很高的時(shí)間和空間分辨率，光路中的介質(zhì)可以是線性或者非線性的。數(shù)字全息的應(yīng)用包括光學(xué)輪廓和變形測(cè)量、波前傳感、相對(duì)較短距離的三維輪廓分析(與LIDAR技術(shù)的數(shù)百公里相比)、生命科學(xué)的顯微鏡和納米顯微鏡、粒子成像測(cè)速、層析和激光散斑對(duì)比(contrast)成像，以及通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的全息圖在光遺傳學(xué)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的近眼顯示器等領(lǐng)域產(chǎn)生復(fù)雜的三維波前等。文章創(chuàng)新點(diǎn)：德國(guó)馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所的Edoardo Vicentini(一作)和Nathalie Picqué(通訊)提出一種雙光梳數(shù)字全息術(shù)，可以獲得每一個(gè)光梳 ...

級(jí)觀測(cè)技術(shù)背景：活體組織中細(xì)胞和細(xì)胞器的長(zhǎng)時(shí)間高時(shí)空分辨率監(jiān)測(cè)對(duì)理解其生理現(xiàn)象具有重要意義，但是組織特殊的光學(xué)屬性使得長(zhǎng)時(shí)間高時(shí)空分辨率監(jiān)測(cè)非常困難。細(xì)胞的離體觀察難以反映其在體內(nèi)的真實(shí)生物動(dòng)態(tài)，例如腫瘤細(xì)胞在體外很容易被殺死，而在活體環(huán)境時(shí)，受到三維組織以及各種細(xì)胞因子的影響，想要?dú)⑺滥[瘤細(xì)胞就變得沒(méi)那么容易。這個(gè)時(shí)候，就需要有效的三維活體成像手段來(lái)替代二維的體外研究。細(xì)胞之間以及細(xì)胞內(nèi)的活動(dòng)往往需要高時(shí)空分辨率的手段來(lái)應(yīng)對(duì)，特別是哺乳動(dòng)物，心跳和呼吸會(huì)在沒(méi)有高成像速率的情況下引入運(yùn)動(dòng)模糊和偽影。組織中折射率的不均勻分布會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的光學(xué)像差，從而降低圖像分辨率和信噪比(SNR)。強(qiáng)光劑量會(huì)干 ...

于某些應(yīng)用情景，這是不可接受的。當(dāng)不允許使用磁鐵時(shí)，使用恒力彈簧是一種可行解決方案。有兩種類型的彈簧與此概念相關(guān)。1.一個(gè)長(zhǎng)的線性彈簧經(jīng)典的拉伸彈簧沒(méi)有恒定的力，因此乍一看它不適合質(zhì)量補(bǔ)償（需要恒定的補(bǔ)償力）。但是，如果在尚未太緊的區(qū)域使用長(zhǎng)彈簧，則力是相當(dāng)恒定的。它并不完美，但壓電電機(jī)可以克服這種波動(dòng)的力。使用線性彈簧進(jìn)行質(zhì)量補(bǔ)償是有效的，但需要足夠的高度才能在彈簧力恒定的彈簧區(qū)域中使用彈簧。只要有足夠的工作高度，這個(gè)概念就可以應(yīng)用到任何平臺(tái)。這個(gè)想法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在不同的有效載荷的情況下，可以安裝不同的彈簧。這使得這個(gè)概念比磁質(zhì)量補(bǔ)償更靈活。2.圓形恒力彈簧您可能從卷尺中知道這個(gè)原理。圓形 ...