通过端到端可微结构优化弥合声学全息中的数值-物理鸿沟
系统与控制
2026-03-25 v1 系统与控制
应用物理
摘要
声学全息提供了灵活控制声波前景的实用方法。然而，高保真的声场形成仍受制于常规相位唯一设计中固有的数值-物理鸿沟。这些方法将二维相位时延轮廓实现为三维厚度变化的透镜，同时忽略了透镜结构引起的波动-物质相互作用。本文引入一种端到端、物理感知的可微结构优化框架，直接将三维透镜几何图形纳入声学仿真和优化循环中。通过一种新颖的可微松弛，称为可微全息透镜近似（Differentiable Hologram Lens Approximation, DHLA），透镜几何被视为可微设计变量，确保数值设计与物理实现之间的内在一致性。得到的厚度唯一声学全息（Thickness-Only Acoustic Holograms, TOAHs）在场重建保真度和精度方面显著优于最先进的相位唯一声学全息（phase-only Acoustic Holograms, POAHs），在复杂条件下表现更佳。我们进一步演示了该框架用于小鼠神经疼痛模型中的空间选择性神经刺激，凸显其在非侵入性经颅神经刺激中的潜力。总之，通过使数值设计与物理实现保持一致，本工作为在复杂环境中实现高保真声波前景形成建立了稳健策略。
引用
@article{arxiv.2603.23475,
title = {Bridging the numerical-physical gap in acoustic holography via end-to-end differentiable structural optimization},
author = {Moon Hwan Lee and Mohd. Afzal Khan and Akm Ashiquzzaman and Eunbin Lee and Jonghun Lee and Euiheon Chung and Hyuk-Sang Kwon and Jae Youn Hwang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.23475},
year = {2026}
}