光学模拟图像处理技术有望为低功耗、高吞吐量、实时的数据处理提供有效的解决方案。在各种操作中，光学空间微分操作在边缘提取、数据压缩和特征分类中都是必不可少的。不幸的是，现有的方法只能执行低阶或选择性地执行特定的高阶微分操作。
近日，南京大学Yanqing Lu、Ting Xu团队提出并实验证明了一种由单个复振幅超表面组成的贝塞尔涡调制超透镜，通过预先设定相应贝塞尔涡的阶数，该超透镜可以在宽频带内进行多阶径向微分运算。该架构进一步使角度复用能够创建多个信息通道，同步执行多阶空间微分操作，表明所提出的器件在并行处理方面的优势。该方法可以在人工智能、机器视觉、自动驾驶和先进的生物医学成像中找到各种应用。研究成果以题为“Broadband and parallel multiple-order optical spatial differentiation enabled by Bessel vortex modulated metalens”发表于《Nature Communications》上。
图1：多阶径向微分运算的BVML工作原理。
图2：BVML的设计与表征。
图3：BVMLs的分辨率测试。
图4：振幅目标实验宽带差分成像结果。
图5：用于并行处理的集成多通道BVML。
Huo, P., Tan, L., Jin, Y. et al. Broadband and parallel multiple-order optical spatial differentiation enabled by Bessel vortex modulated metalens. Nat Commun 15, 9045 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53463-3
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