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

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

PSF工程在現(xiàn)代顯微技術、光譜學和計算成像中發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)技術通常在光瞳面采用相位掩模，這限制了可實現(xiàn)PSF結構的復雜性和數(shù)學表達形式。

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使用空間非相干衍射光學處理器的 3D PSF 工程

UCLA開發(fā)的這一方法，通過利用深度學習算法優(yōu)化的一系列被動表面，實現(xiàn)了任意、空間變化的三維PSF工程，從而構建了一個物理衍射光學處理器。

通過廣泛的分析，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光學強度分布之間的任何線性變換。這實現(xiàn)了對光在三維空間內精確的、衍射極限的控制，為三維光學信息處理中高度定制化和復雜的光學功能奠定了基礎。

通過聯(lián)合設計三維PSF的空間和光譜特性，該框架支持強大的成像模式，例如單次曝光三維多光譜成像——無需機械掃描、光譜濾波器或計算后處理即可實現(xiàn)。這種全光學方法為高速、高通量光學系統(tǒng)提供了無與倫比的多功能性。

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使用空間非相干衍射光學處理器的快照多光譜 3D 成像

這項工作標志著計算成像、光學傳感與光譜學以及三維光學信息處理未來發(fā)展的一個重要里程碑。潛在應用包括緊湊型多光譜成像儀、高通量三維顯微平臺以及新型光學數(shù)據(jù)編碼與傳輸系統(tǒng)。

該研究由UCLA電子與計算機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。

相關鏈接：https://dx.doi.org/10.1038/s41377-025-01887-x