基于相位共轭实现散射成像及光学幻像的双功能散射光调控方法（特邀）

近年来,人们对散射光调控的研究取得了极大的进展,产生了许多有趣的应用。其中透过散射介质的成像和光学幻像是两个极为引人注目的方向,但它们不经常同时被研究。文中将深入探索散射光成像和光学幻像的内在联系,在此基础上提出一种新颖的双功能散射光调控方法以在同一实验装置中根据需求实现散射成像和光学幻像。通过优化光路,结合相位恢复技术检测散射波前,利用相位共轭技术和高分辨率的纯相位液晶空间光调制器可以实现补偿散射的影响或实现特定衍射波前的产生。该系统只需要数秒即可完成散射光调控,因此可以对变化缓慢的散射环境实现动态散射成像或对缓慢变化的物体实现稳定的动态光学幻像。理论分析和实验演示证实了该调控方法的可行性。这一散射光调控方法有望在浑浊介质中的光学成像、光学伪装、反侦察、复杂光场调控等领域找到潜在的应用。     

生物体内的多重光散射与新的光CT

X射线CT和MRI能将生物内部结构等以断层图像形式表现出来,在生物体诊断、治疗方面发挥着巨大的作用.最近,科研人员正在研究新的光CT,即利用700～900nm的近红外光,将生物体内部的氧化程度以断层图像的形式表现出来的光CT.不过,由于光照射在生物体上会产生非常强的散射,因此,为了实现具有临床实用价值的光CT,依据生物体内的光传播现象,必须开发新的方法.本文将对生物体内的光传播现象及光CT模     

基于相位成像的番茄果实糖度检测

果蔬品质检测在其生长、储存各环节都具有重要意义,同时也是栽培、保存方案制订的依据。针对果蔬种植过程中对样本全域生理信息定量实时获取的需求以及现有检测技术的不足,本文从宏观生长的微观物质基础和相位成像机理出发,以番茄果实糖度检测为例,提出了一种果蔬生理信息的相位检测方法,基于细胞相位图像提取两个相位参量并联合宏观糖度值构建数据立方体对番茄糖度分布进行了表征。该方法可根据需要对任意局部区域进行采样检测,无须对细胞样本进行预处理,只需要采集任意角度下的一幅相位图即可,具有数据量小、计算简便的优势,整个分析过程只需要0.5 s左右。与现有成熟检测方法的对照实验表明,细胞相位参量与糖度值表现出了明显的正相关性,且对局部糖度差异敏感。所提方法与高光谱成像检测结果具有良好的一致性。该相位检测表征方法操作简便,运算速度快,可为番茄糖度乃至其他果蔬的多种生理特性快速检测提供参考。     

基于离散偶极子近似生物细胞光散射研究

用离散偶极子近似（Discrete Dipole Approximation,DDA）对生物细胞的光散射特性进行数值模拟,分析讨论了基于生物细胞的相对折射率、散射截面、粒子直径等的光散射图像。分析表明,生物细胞的散射光强随着散射角度和相对折射率的增大而增大,散射的主要能量集中在10散射角以内。然后设计了用于分析悬浮生物细胞的光散射实验装置,并以悬浮的牛肾细胞作为实验样品,进行实验研究。分析结果显示,模拟数据与实验数据符合较好。为进一步研究生物细胞散射特性以及无损检测提供一种理论和实验方法。     

大气散射对成像系统空间分辨率的影响

1.引言来自辐射源的光辐射不但被大气中的分子和气溶胶散射、吸收,而且也会因大气湍流而偏离最初的路径。上述现象中,一些因素会导致光源强度衰减,另一些因素则会导致源辐射的空间模糊。大气湍流对空间模糊的影响是众所周知的,许多研究者都描述过它的特性。由于在散射和吸收大气中的光传输问题并不存在一般性的结论,所以均采用近似的分析解法。小角近似、漫射近似以及小角—漫射近似是已知的分析近似解法,每一种都有其自身的适用范围。另     

融合光散射信息的三维激光成像系统设计

针对传统激光成像系统激光功率较低且成像速度较慢的问题,设计出一种基于融合光散射信息的三维激光成像系统。实时测量融合光散射信息,获得十分稳定且高强度的散射光。建立接收光学系统,根据电光晶体偏振调制的原理调节回波信号强度,得到测距面与三维成像激光距离的标准差。利用方波调制法使激光源发射均匀的脉冲序列。通过获取到环境光的曝光图像,合理控制三维激光强度,使曝光图像灰度动态大范围分布,最后获得高精度的三维激光成像。以坭兴陶的三维激光成像实验为例,结果表明:该系统激光功率较高,成像误差小,具有过程简单、可靠性高等优点。     

光在散射介质中的传输和成像

由于有医学的应用背景,利用红外和近红外波段的光对生物组织进行成像、诊断和治疗是国际上的一个热门课题.而生物组织是高散射介质,本文详细评述了光在散射介质中传输和成像的最新研究动态和进展,并对未来的研究作了展望.     

相位成像揭示血红细胞张力

美国麻省理工学院（MIT）光谱学实验室的研究人员开发了一种干涉测量技术一新型定量相位成像法，利用该方法可在纳米尺度上研究细胞膜的力学特性，测量血红细胞的力学特性，尤其是，血红细胞膜的弹性。该方法提供了分析造成血红细胞变形（如镰刀形细胞贫血）的新途径：     

血液细胞光相位分布特征的虚拟仿真研究

为能够充分利用细胞光散射的全息信息,以更好地对生物细胞类别进行解构,根据血液细胞的光穿透特性,建立了血液细胞中红细胞(RBC)、白细胞(WBC)中粒细胞和非粒细胞的典型细胞光散射模型.借助于数字相位显微(DPM)技术的基本方法和实验条件参数,应用VirtualLabTM光学虚拟仿真实验系统.获得了血液细胞在光散射下的虚拟仿真相位分布和光强分布.针对所获得的相位和光强分布图谱进行了分布特征分析,发现了相位分布直接与细胞形态结构密切相关.该点可作为细胞类别分检的一个新的重要依据,该方法相对于3D重建方法来说计算量少、无需很多的边界条件.这种由细胞相位分布解构细胞形态的检测方法可为提升细胞检测技术和发展检测方法的研究提供一种新突破方向.     

双曲面对称体红细胞模型的光散射虚拟仿真

为适应日益增长的对生物细胞形态精密测定的技术需求,应用VirtualLab虚拟仿真实验系统,根据红细胞(RBC)的形体特征和光学特性,设计了双曲面旋转对称体的红细胞光散射模型。最佳组合选用了仿真系统中的运算功能模块,仿真了球形模型和双曲面旋转对称模型下,红细胞在几种典型光源入射情况下的光散射,并获得了这几种典型情况下的前向光散射强度图样、幅值分布曲线和相位分布图。其中生物细胞光散射相位分布局域图表明了相位分布与细胞的形态与结构以及其在光路中的位置密切相关。生物细胞前向光散射相位分布图谱可望成为一种新的测定细胞类别的判读依据。     

侧向散射扫描成像研究

为了实现散射物质的侧向散射显微成像,提出了基于积分球的侧向扫描成像。设计和研制了积分球,并利用积分球收集样品的侧向散射光,利用散射信号进行图像重建,从而得到样品的散射显微图像。实验成功得到了生物细胞和分辨率板的侧向散射显微图像,图像对比度高。     

散射相位函数的近似计算

用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法模拟光在介质中的传输时，常常会面临散射相位函数的选取问题。本文对几种散射相位函数进行了分析和比较。不难发现，Ｃｏｒｎｅｔｔｅ等提出的近似公式是一个较佳的散射相位函数，但由这个公式不能直接得到散射角的表达式，我们在ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟中，了提出了三种散射相位函数的近似方法，尽管三咱方法都取得了较好的效果，但比较而言，在保证计算精度和计算效率的条件下，方法三是散射相位函数     

几种典型血细胞的光学相位模型及其分布特征与识别方法

针对提高生物细胞形态检测速度和分类精确度的这一研究热点,以血细胞为主要研究对象,通过对几种典型血细胞的光学特征和形体结构的分析,建立了相应的光学模型.应用VirtualLab光学虚拟实验系统进行仿真模块设计和仿真实验.对所获得的血细胞包裹相位分布进行解包裹、去噪光滑处理后,结合相位分布特征分析的结果提出了一种血细胞相位分检快速、精确识别的方法.     

三维全深度复频域光学相干层析成像系统及其对人体皮肤的在体成像

基于正弦相位调制建立了用于人体皮肤在体三维成像的全深度复频域光学相干层析(FDOCT)成像系统。通过在不同横向位置获取的干涉谱信号中引入正弦相位调制,利用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号,使成像深度范围扩大为原来的两倍,且适合对活体组织进行在体成像。通过优化相位调制周期内的采样点数,提高了镜像抑制比。基于该系统在体获得了人体皮肤的三维全深度层析图,图中角质层、表皮层及真皮乳突层等皮肤层状结构清晰可见,镜像消除比约为36dB。     

电磁逆散射无相位检测的相位复原

利用入射场作为约束条件,用最优化泛函的方法由总场幅度信息重建散射场幅度和相位.分析了散射场自由度和噪声对重建结果的影响.讨论了成功实施相位复原和避免局部极小值的条件.首次用实验结果验证电磁逆散射无相位检测相位复原的可行性,证明了方法的有效性、高度稳定性和较强的抗噪声能力.该方法的计算成本低,实用性较强.研究结果是实施无相位检测电磁逆散射的基础.     

相位调制对光纤受激布里渊散射阈值的影响

相位调制是光纤中提高受激布里渊散射阈值、抑制受激布里渊散射效应的有效方法。理论分析了相位调制中调制幅度及调制频率的改变对受激布里渊散射阈值的影响,实验研究了25 MHz调制频率、不同调制幅度以及调制幅度为1.5,不同调制频率下受激布里渊散射阈值的变化情况。结果表明,受激布里渊散射阈值既随相位调制幅度的增大而增大,又随相位调制频率的增大而增大。当相位调制幅度为7.7,相位调制频率为25 MHz时,受激布里渊散射阈值提高约7 dB。当相位调制幅度为1.5,相位调制频率较小为5 MHz时,相位调制对受激布里渊散射阈值的影响不够明显。