基于光学相位共轭的数字化波前整形技术（特邀）

光在生物组织中传播时,会被微观尺度上不均匀的组织随机散射,这种现象严重制约了光学技术在生物医学中的应用。波前整形技术将散射过程当成一个确定性的过程,通过测量散射效应造成的相位延迟并利用空间光调制器进行逐点补偿,可以实现散射光的操控与重新聚焦。在各类波前整形技术中,基于光学相位共轭的数字化波前整形技术具有可调控自由度高、系统响应速度快等优点,最适宜与生物医学应用相结合,如生物活体成像、操控、治疗等。文中将重点关注基于光学相位共轭的数字化波前整形技术的发展,探讨该技术在应用研发中面临的主要技术瓶颈和挑战,并概述其应用开展情况。     

光波波前位错与相位间歇性——I结构理论

综述了光学中波前位错和间歇问题的研究现状。其中包括随机介质中传播或被粗糙表面散射标量波场的波前位错现象的概念、规律和研究方法 ,以及大气自适应光学系统的相位间歇现像等理论与实验研究     

光波波前位错与相位间歇性——I结构理论

综述了光学中波前位错和间歇问题的研究现状。其中包括随机介质中传播或被粗糙表面散射标量波场的波前位错现象的概念、规律和研究方法,以及大气自适应光学系统的相位间歇现像等理论与实验研究。     

单光纤成像技术北大核心CSCD

综述了单光纤成像技术的研究现状和动态。单光纤成像技术采用单根多模光纤进行成像,光纤既是成像器件又是传像器件,无需增加扫描器件和成像透镜便可将光纤一端视场范围内的场景一次性传输到另一端,因此又称为宽场光纤成像技术。该技术可减小成像光纤探头的直径,实现超细内窥成像。单光纤成像技术是一种计算成像方法,是在全息光学和傅里叶光学的基础上发展起来的,包括传输矩阵法和相位补偿法两种成像方法。对于多模光纤,如果可以预先得到频域(或空间域)的传输矩阵,则可以从光纤输出端光场中恢复目标图像,也可以预先测量光束通过光纤后的波前畸变。在成像系统中增加该波前畸变的共轭相位场,可以消除相应的波前畸变,从而在输出端获得不失真的目标图像。     

计算光学成像在散射中的应用

自然界中普遍存在光散射现象。如何通过散射介质实现高分辨率成像是光学成像领域亟待解决的重要问题。在早期研究中,多重光散射被认为是雾霾、云层、生物组织等复杂介质成像中的障碍。然而,最近研究表明,散射并不是成像的基本限制:光子在经过多次散射后仍然包含了大量信息。为了深入了解新兴的计算光学成像是如何解决多重光散射问题的,文中主要介绍了波前整形、散斑相关及深度学习等方法在散射成像领域中的研究进展。最新的研究成果表明:波前整形可以实现动态散射介质内部的高分辨率快速聚焦;散斑相关能够利用单帧散斑实现非侵入式成像;基于深度学习的成像技术能恢复出隐藏在光学厚度为13.4的白色聚苯乙烯平板背后的物体。     

关于散射成像研究现状的一些思考（特邀）

透过散射介质的光学成像是人们长期追求但一直未能真正解决的问题。研究人员提出并发展了各种各样的方法和技术,从最早只利用弹道光的时间门和空间门技术,到后来利用了散射光的波前整形、散射矩阵测量和散斑自相关成像,再到近年热门的深度学习方法。尽管这些方法和技术都经过了毛玻璃、氧化锌薄膜、生物组织切片等薄散射介质的原理性验证,但随着介质厚度增加,所有方法和技术都迅速失效。厚度一直是难以克服的瓶颈。这篇评论归纳对比了散射成像的主要方法和技术,重新审视了经过散射介质波前被完全随机化等主流观点,分析了现有方法和技术无法透过厚散射介质成像的原因,并提出了未来有望真正解决问题的研究方向。     

浴帘效应的模型发展及应用扩展（特邀）

散斑（自）相关和波前调制等成像技术是克服非均匀介质散射影响的高效并重要的光学成像手段。而该类技术依赖于光学记忆效应,因此视场有限且动态介质会退化其成像质量。浴帘效应是一种常见且不受散射介质动态变化和视场限制的效应。近年来,随着多种计算成像技术的发展,浴帘效应也被融合到其他克服散射的成像恢复技术中并应用于不同散射成像场合,已经展现出相较传统散射成像技术的独特优势。文中概括浴帘效应的物理模型演变,从调制传递函数出发,综述光学厚度、孔径大小等因素对浴帘效应的影响,介绍浴帘效应和傅里叶域浴帘效应在散射成像领域的应用。讨论傅里叶域浴帘效应与其他基于相位迭代算法成像技术的区别与联系,展望其与其他计算成像技术结合的可能。     

基于光学传输矩阵实现透过散射介质的动态目标成像

提出了一种实现动态目标散射成像的方法。通过四步相移干涉法测量得到光学传输矩阵,数值仿真了相位共轭、Tikhnov正则化和全变分最小化三种重建算法对透过散射介质的不同动态目标的跟踪与重建,并搭建实验装置,验证了此方法的可行性,分析比较了三种算法的重建能力。结果表明,全变分最小化算法的重建效果最好。该方法为生物医学领域中透过散射介质对动态目标成像提供了新思路。     

可抑制生物组织散射效应的光学聚焦技术研究进展

生物组织对光的散射使得光束通过透镜后无法在组织的深层(大于1 mm处)聚焦,制约了需要光能聚焦的成像技术(如共聚焦显微、双光子显微)在生物医学领域的应用。为了抑制生物组织的散射效应,将光聚焦到深层组织,需要对入射光的波前进行调制。基于此要求,以下三种光学聚焦技术得以提出并发展:用待聚焦区的光强作为反馈信号的波前整形技术;将声光调制和时间反演(或光学相位共轭)技术相结合进而在散射介质内部实现光学聚焦的技术;对散射介质传输矩阵进行测量的光学聚焦技术。本文对上述光学聚焦技术的研究进展进行了综述,比较并展望了其在生物医学领域中的应用前景。     

预倾镜相位共轭系统在强激光对运动目标跟瞄中的应用

由于受到各种大气湍流、热晕等因素的影响．强激光在大气传输中会产生波前畸变，利用光学相位共轭技术可以补偿激光大气传输造成的波前畸变．提出了利用预倾镜方法实现对运动目标跟踪瞄准同时补偿波前畸变．对此项技术进行了室内模拟实验。实验结果表明采用预倾镜方法的有效性。     

高散射介质参数对超短脉冲激光传输的定量影响

近年来，研究无辐射损伤的生物组织光学成像方法和技术引起了国内外的重视．生物组织是由不同大小、不同成分的细胞组成的高散射介质，光在这种介质中传输时将产生散射和吸收．超短脉冲激光在离散射介质中传输时，将因漫散射使脉冲展宽，这是脉冲光与散射吸收体相互作用的统计反映，因此漫反射、漫透射光中也必然含有介质光学特性的信息．通过研究散射光的时间行为，将可能间接获得介质内部非均匀性的空间位置信息，从而对介质中的散射吸收体（如生物组织中的肿瘤等）成像．红光与辽红外光人射到高散射介质后，在其内部主要以漫散射光的形式…     

双通道偏振复用可擦除介质型全息超表面

为进一步增强加密或存储器件的实用性与安全性，设计并实现了一种多通道偏振复用的相变全息超表面，通过在多通道全息超表面设计中引入相变介质，实现了动态的可擦除功能。当耦合相变介质层处于非晶态时，所构造的编码超表面可以产生两个独立成像的全息通道。当相变介质变为晶态时，决定相位调控的交叉偏振被关闭，对应的相位编码“被擦除”。     

近程目标毫米波全息成像算法及仿真

为解决近程毫米波雷达目标探测过程中产生的回波相位干涉问题,引入全息技术研究近程目标的毫米波散射特性成像.该方法利用相位补偿因子,在波数域补偿电磁波的波前球面弯曲,反演目标的真实几何形状特征.给出了单目标散射特性一维成像的仿真实验,验证全息成像算法的有效性.对有无相位补偿情况下的多目标散射特性一维成像进行比较,结果表明该...     

基于异常反射型超表面的天线反射面设计

在实际应用中有许多场合需要对电磁波的传播进行人工调控, 传统的光学器件或者人工电磁介质都是采用三维结构, 但传统的三维结构介质很难与其他器件或设备进行集成.利用相位非连续人工电磁表面则可以在传播路径的介质分界面上引入相位突变, 进而实现人工调控电磁波.文章在此基础上在微波波段利用构造分界面相位梯度提出了一种异常反射型超表面的设计, 用作天线反射面可将圆极化波高效地转化为交叉极化波, 为微波段的电磁波人工调控提供了新的手段.根据广义反射定律及斜入射时相位突变修正设计的天线反射面, 在X波段可以实现对入射电磁波的人工调控, 并通过仿真分析验证了该设计方法的准确性, 为人工电磁表面作为天线反射面提供了一种设计思路.     

宽视场远距离光学散射成像技术研究进展

散射体内部颗粒分布及折射率分布的不均匀对经过散射体的携带目标信息的光子传播造成干扰,导致直接探测的图像失真。针对该问题,发展了众多的光学散射成像技术,实现了部分特定散射介质条件下的目标成像。介绍了基于弹道光子优化采集的部分传统散射成像技术的原理,还介绍了最新发展的计算散射成像技术的基本原理与技术特点。计算散射成像技术正朝着充分利用大光学厚度散射介质引起的非弹道光子的方向发展,其中基于光学记忆效应和相位恢复的算法、相干衍射成像、叠层迭代引擎等计算成像技术可能适应厚散射介质动态变化、目标非稀疏性等特点,有望应用于宽视场、远距离散射成像领域。     

利用相位共轭镜补偿由强散射象差介质引起的畸变的能力

本文对在象差介质同时具有非均匀吸收和相位畸变并且相位共轭镜的有效区域有限的条件下利用光学相位共轭对波面和图象的补偿结果作了分析,指出利用聚光系统可以改善对强散射介质引起的波象差的补偿效果,并采用透镜作为聚光系统,用在四波混频条件下的光折变晶体Ce:SBN作为相位共轭镜对经过玻璃的粗磨毛面后的波面和图象进行了恢复实验,并获得了满意的结果。文中还对利用光折变相位共轭镜的反射率与入射光强有关的特点来补偿象差介质的非均匀吸收的可能性,以及非线性吸收对补偿效果的影响作了讨论。     

基于周期激励流场的气动光学效应自适应校正

通过外加周期激励对气动光学流场中相干结构的发展进行相位调制，从而获得近似周期变化的畸变波前时间序列；通过计算各相位角畸变波前的平均值，并将其共轭波前作为相应时刻的校正信号应用于畸变波前的自适应校正。对比校正前后的近场相位分布以及远场Strehl比发现：该气动光学校正方案能有效地消除相干结构产生的大尺度波前相位畸变，同时提高远场的Strehl比。     

基于电介质超表面的光场复振幅调制及应用

超表面作为一种人工设计的二维阵列纳米结构,能够在亚波长尺度上实现光场波前振幅、相位和偏振态的灵活调控,为现代光学器件的小型化、集成化提供了全新的实现途径。随着光学成像、显示等应用的发展,在可见光波段具有高工作效率的微型光学器件的需求日益凸显。近年来,由高折射率、低损耗电介质材料制备的光学超表面得到了极大地发展,在消色差光学超透镜、偏振相关全息显示等方面展现出广泛的应用前景。文中围绕电介质超表面的相关研究,首先介绍广义斯涅耳定律及电介质超表面结构调控光场振幅、相位和偏振态的基本原理,在此基础上,重点回顾近年来关于光场波前单一参量调控和多参量联合调控在全息显示、结构光场产生等方面的研究进展,最后讨论电介质超表面发展的可能挑战与前景。     

光学元件列阵的准相位共轭特性

光学元件列阵的准相位共轭特性使其能消除波前畸变和介质扰动,成为真正实用的准相位共轭器。因此,近年来这方面的理论和实验研究进展迅速。本文从几何光学和波动光学两方面概述其基本原理,并对实验进展和实际应用作一综述。     

基于二氧化钒超材料的太赫兹波相位动态调控

基于二氧化钒,提出了一种可以动态调控太赫兹波相位的复合超材料结构。仿真模拟结果表明：当二氧化钒由绝缘态相变为金属态时,结构可以在1.15～1.65 THz带宽范围内实现超过140°的相移。通过引入多极子散射功率的计算,结合谐振中心频率处的电场和表面电流分布,深入研究了相移产生的物理机制。所提出的结构具有应用于太赫兹无线通信、传感以及太赫兹安检成像等领域的潜力。