衍射光學網路實現多光譜定量相位成像在快照中
引言
定量相位成像（Quantitative Phase Imaging，簡稱 QPI）是一種無標籤成像技術，利用透明樣本中的光路徑長度訊息來評估其折射率分佈和厚度變化。多光譜 QPI 系統擴充套件了這一原理，捕獲了在不同感興趣光譜帶上的多個相點陣影象。這種功能使得可以研究透明樣本（如細胞）的空間折射率變化和色散特性。
研究背景
加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）電機與計算機工程系的 Aydogan Ozcan 教授領導的研究團隊，在《Advanced Intelligent Systems》雜誌上發表了一份關於多光譜 QPI 的新設計。這一設計利用深度學習，透過製造一個寬頻衍射光學網路，在單一快照中實現了多光譜定量相位成像的獲取。
新技術的原理
這個光學網路利用多個空間結構化的介電衍射層，每個層包含數十萬個經過深度學習最佳化的衍射特徵。在製造完成的衍射層之後，光學網路作為一個全光學的相位-強度變換器，將多光譜 QPI 訊號光路導向輸出平面上的指定空間位置，那裡的單色成像器陣列（focal plane array）測量出結果的強度分佈。在這個像平面陣列上，訊號區域的畫素以交叉方式分組，每組測量對應於特定目標光譜帶的 QPI 訊號。
實驗結果與應用
基於這一創新設計，UCLA 團隊進行了數值模擬，展示了他們的衍射多光譜定量相位成像器的效能。他們展示了該系統在可見光譜中同時進行 16 個不同光譜帶的 QPI 的能力，並且在所有波長上保持了一致的效能。此外他們成功地透過成像從未見過的新型別物件，包括人體細胞影象，取證了他們的衍射相位成像器設計的普適能力。這些數值分析彰顯了該系統作為一個多功能的多光譜定量相位成像器的潛力，適用於各種應用。
結論與展望
這種衍射多光譜 QPI 處理器與覆蓋不同光譜區域的單色光電感測器陣列結合，具有很大的應用前景。這樣一個整合系統可以打造出緊湊、高效能的多光譜相位成像系統，這將對生物醫學成像、材料科學和環境監測等眾多應用領域具有重要意義。
