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相位恢复问题的快速激光求解器

DOI：10.1126/sciadv.aax4530 期刊：Science Advances 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 近期，定制化物理系统被用于快速解决复杂计算难题，例如自旋模拟器、组合优化以及散射介质中的聚焦问题。本文针对相位恢复问题展开研究——即通过散射强度分布重建物体。该问题是诸多应用领域的关键挑战（从X射线成像到天体物理学），目前缺乏高效的直接重建方法：广泛使用的间接迭代算法本质上是低效的。我们提出基于数字简并腔激光器的光学方案，其最可能激射的模式能快速高效地重建物体。实验结果表明，众多激射模式间的增益竞争如同高度并行计算机，可快速解决相位恢复问题。本方法适用于具有已知紧支撑域的大多数二维物体（包括复值物体），并能推广至散射介质成像及其他复杂计算任务。
作者： C. Tradonsky，I. Gershenzon，V. Pal，R. Chriki，A. A. Friesem，O. Raz，N. Davidson
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为解决从散射强度分布重建物体的相位恢复问题（该问题是X射线成像到天体物理学等诸多应用领域的关键问题），本文提出一种基于数字简并腔激光器的光学方法。

研究成果

我们展示了一种利用新型数字简并腔激光器（DDCL）实现快速相位恢复的光学系统。其计算时间被限制在100纳秒内，比传统计算系统快数个数量级。该方法适用于大多数具有已知紧支撑的二维物体（包括复值物体），并可推广至散射介质成像等复杂计算任务。

研究不足

重建物体的分辨率相对较低（约20×20，对应光斑尺寸为500毫米）。分辨率主要受限于激光腔内的相位像差。输入傅里叶强度分布的动态范围相当有限。

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