Инженеры из Инженерной школы Самюэли при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали универсальную систему для управления функциями рассеяния точки (ФРТ, PSF — Point Spread Function). Эта система позволяет синтезировать произвольные, пространственно изменяющиеся трёхмерные ФРТ с помощью дифракционных оптических процессоров. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41377-025-01887-x) в журнале Light: Science & Applications.
Возможности системы
Эта система открывает новые возможности для продвинутой визуализации, такие как моментальная трёхмерная мультиспектральная визуализация, без необходимости использования спектральных фильтров, осевого сканирования или цифровой реконструкции.
Роль ФРТ в современной микроскопии
ФРТ играет значительную роль в современной микроскопии, спектроскопии и вычислительной визуализации. Традиционные методы обычно используют фазовые маски в плоскости зрачка, что ограничивает сложность и математическое представление достижимых структур ФРТ.
Новый подход
Разработанный в UCLA метод позволяет создавать произвольные, пространственно изменяющиеся трёхмерные ФРТ с помощью серии пассивных поверхностей, оптимизированных с помощью алгоритмов глубокого обучения. Это формирует физический дифракционный оптический процессор.
Исследователи показали, что такие дифракционные процессоры могут аппроксимировать любое линейное преобразование между трёхмерными распределениями оптической интенсивности во входных и выходных объёмах. Это обеспечивает точный контроль света в трёх измерениях, открывая путь для создания специализированных и сложных оптических функций для трёхмерной оптической обработки информации.
Преимущества
Совместная настройка пространственных и спектральных свойств трёхмерных ФРТ поддерживает мощные методы визуализации, такие как моментальная трёхмерная мультиспектральная визуализация, достигаемая без механического сканирования, спектральных фильтров или вычислительной постобработки. Этот полностью оптический подход предлагает непревзойденную универсальность для высокоскоростных и высокопроизводительных оптических систем.
Перспективы
Эта работа является значительным шагом вперед для будущих достижений в области вычислительной визуализации, оптического зондирования и спектроскопии, а также трёхмерной оптической обработки информации. Потенциальные приложения включают компактные мультиспектральные имиджеры, высокопроизводительные платформы трёхмерной микроскопии и новые системы оптического кодирования и передачи данных.
Исследование провели доктор Мд Садман Сакиб Рахман и доктор Айдоган Озкан из отдела электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и Института Калифорнийских наносистем (CNSI).
Предоставлено Институтом технологических достижений Инженерной школы UCLA.