加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）薩繆利工程學(xué)院的工程師們推出了一種用于點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）工程的通用框架。該框架利用衍射光學(xué)處理器，能夠合成任意、空間變化的三維PSF。相關(guān)研究發(fā)表在期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science & Applications）上。

該框架可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的成像能力——例如單次曝光三維多光譜成像——而無(wú)需使用光譜濾波器、軸向掃描或數(shù)字重建。

PSF工程在現(xiàn)代顯微技術(shù)、光譜學(xué)和計(jì)算成像中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)技術(shù)通常在光瞳面采用相位掩模，這限制了可實(shí)現(xiàn)PSF結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和數(shù)學(xué)表達(dá)形式。

圖片:搜狗截圖20250616071657.png

使用空間非相干衍射光學(xué)處理器的 3D PSF 工程

UCLA開(kāi)發(fā)的這一方法，通過(guò)利用深度學(xué)習(xí)算法優(yōu)化的一系列被動(dòng)表面，實(shí)現(xiàn)了任意、空間變化的三維PSF工程，從而構(gòu)建了一個(gè)物理衍射光學(xué)處理器。

通過(guò)廣泛的分析，研究人員表明，這些衍射處理器能夠近似輸入與輸出三維空間內(nèi)光學(xué)強(qiáng)度分布之間的任何線性變換。這實(shí)現(xiàn)了對(duì)光在三維空間內(nèi)精確的、衍射極限的控制，為三維光學(xué)信息處理中高度定制化和復(fù)雜的光學(xué)功能奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)聯(lián)合設(shè)計(jì)三維PSF的空間和光譜特性，該框架支持強(qiáng)大的成像模式，例如單次曝光三維多光譜成像——無(wú)需機(jī)械掃描、光譜濾波器或計(jì)算后處理即可實(shí)現(xiàn)。這種全光學(xué)方法為高速、高通量光學(xué)系統(tǒng)提供了無(wú)與倫比的多功能性。

圖片:搜狗截圖20250616082154.png

使用空間非相干衍射光學(xué)處理器的快照多光譜 3D 成像

這項(xiàng)工作標(biāo)志著計(jì)算成像、光學(xué)傳感與光譜學(xué)以及三維光學(xué)信息處理未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。潛在應(yīng)用包括緊湊型多光譜成像儀、高通量三維顯微平臺(tái)以及新型光學(xué)數(shù)據(jù)編碼與傳輸系統(tǒng)。

該研究由UCLA電子與計(jì)算機(jī)工程系及加州納米系統(tǒng)研究所（CNSI）的Md Sadman Sakib Rahman博士和Aydogan Ozcan博士完成。

相關(guān)鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41377-025-01887-x