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無需計算機，基於衍射網絡的全息全光重建

發布時間：2022-04-11 17:24:03 瀏覽量：3454 作者：LY.Young 光學前沿

摘要

全息是一種国产成人在线观看免费网站廣泛的技術。它在計算成像、顯示、幹涉測量、數據存儲(chu) 等領域都扮演著重要的角色。將全息與(yu) 其它光學手段區分開來的是其具有記錄和重建物體(ti) 的強度和相位的能力。全息記錄通常是物波與(yu) 參考波幹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(cong) 記錄的全息圖強度恢複物的信息。

正文


無需計算機，基於(yu) 衍射網絡的全息全光重建


技術背景：
全息是一種国产成人在线观看免费网站廣泛的技術。它在計算成像、顯示、幹涉測量、數據存儲等領域都扮演著重要的角色。將全息與其它光學手段區分開來的是其具有記錄和重建物體的強度和相位的能力。全息記錄通常是物波與參考波幹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度恢複物的信息。
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，具有係統簡單、大帶寬積、穩定性強、重建時受到共軛像幹擾等特點。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，且係統較複雜，抗幹擾能力較差。
電子計算機和圖像傳感器(ccd、cmos)的發展將全息由模擬時代引入數字時代。圖像傳感器作為全息圖像數字化的載體，替代了傳統的全息記錄介質，使得在電子計算機上完成全息的數值重建得以實現。數字化也為算法的施展提供了用武之地。用於壓製共軛像的多種基於迭代的相位複原算法被研究人員提出來，最近則是進展為利用深度學習框架在GPU的幫助下經過長時間的訓練(12-24h)完成重建網絡，省略了迭代計算的步驟。

當前不足：
當前實現全息重建的方法都是基於計算機的，而對於快速計算和低能耗的實際需求，迫使人們尋求一種新的全息重建方式。

文章創新點：
基於此，美國加州大學洛杉磯分校的Md Sadman Sakib Rahman(一作)和Aydogan Ozcan(通訊)提出一種基於衍射網絡的全光全息重建方法，可以不光能夠實現全光全息重建，還能消除共軛像的幹擾，並通過數值仿真加以證明。

原理解析：
雖然重建過程無需計算機，可以基於衍射完成全光全息重建，但是衍射網絡的訓練需要在計算機上完成。衍射網絡由5層組成，每一層為200X200個像素，每一個像素的高度(對應為對入射光的相位調製)、層與層之間的距離都是可訓練的參數。訓練數據集由55000張來自於MNIST數據集的圖片和55000張作者自己建立的數據集組成，首先通過數值模擬同軸全息記錄過程，將生成的全息圖導入衍射網絡，衍射網絡的層與層像素之間的聯係由衍射理論確定，得到重建圖像。然後通過最小化目標圖像與推測的重建圖像之間的誤差優化網絡參數，從而完成網絡訓練。網絡的訓練過程中可以將衍射層的加工誤差和重建距離等因素考慮進去，增強衍射網絡的魯棒性。


實驗結果：


參考文獻：Md Sadman Sakib Rahman and Aydogan Ozcan, "Computer-Free, All-Optical Reconstruction of holograms Using Diffractive Networks," ACS Photonics OCTober 27, 2021
DOI：https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01365


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