由于光在生物组织里被强散射，在组织体内超过一个平均自由程的深度（人皮肤下约1毫米）处，直接使用透镜组来进行光学聚焦是行不通的。为了克服散射的影响，时间反演超声编码(Time-ReversedUltrasonically Encoded，TRUE)光学聚焦技术最近被发展起来。它结合了光学位相共轭和超声调制技术，可以实现在散射组织内部的光学聚焦。　　TRUE光学聚焦技术采用聚焦型超声换能器发出的超声来调制组织里的散射光子。和那些未被超声调制的光子相比，被调制的光子会产生频移现象。被超声调制（编码）的光子被透镜汇集，并作为物光和同频参考光相干涉，在全息记录介质（如光折变晶体）内记录下全息图。该记录介质的作用就像一面位相共轭镜，在全息图被共轭的参考光读出时，会产生位相共轭的物光。全息图被读出后产生的衍射光，与被超声调制光的波前具有位相共轭（时间反演）关系，将沿原物光波的方向反演（“时间反演”一词由此得来），进而汇聚到散射组织内的声光调制区，产生光学聚焦。　　已有报道的TRUE光学聚焦系统采用光折变晶体或者纯位相型空间光调制器（SLM）作为位相共轭镜，来生成时间反演的物光。对于采用光折变晶体的方案，由于连续发射模式下的超声束在其声轴方向上形成狭长的声光调制区，导致沿声轴方向的光学聚焦的分辨率不高。对于采用纯位相型SLM的方案，SLM只对位相进行再现，丢掉了振幅信息，这就使得再现波前在时间反演时保真度不够高，影响时间反演光学聚焦的质量。　　为了解决TRUE光学聚焦系统中存在的上述问题，本论文（对应以第一作者身份发表的文章）开展了以下的工作:　　(1)采用两个超声换能器，发射两束有微小频差的交叠的超声，在交叠区的超声拍频场调制散射光。实验发现，被拍频场调制的散射光子形成的波前，经全息记录和读出后，可以形成时间反演的波前，并汇聚到超声拍频区域。和单个超声换能器形成的聚焦区域相比，该拍频区域在尺寸上大大减小。实验表明，两个换能器的实验方案，可以沿声轴方向获得1.1毫米的光学聚焦分辨率，该分辨率为采用单个超声换能器的系统的2.4倍。　　(2)模拟了单个换能器发射的超声场强度，以及两个超声换能器在声场交叠区域的超声场强度，使其作为系统的点扩散函数参与到对输出信号的模拟中。借鉴光学凸透镜后的高斯光场分布，我们采用了相同的数学模型，分析了聚焦型超声换能器所产生的超声强度分布。该超声场的声强分布（也即系统的点扩散函数），和系统的目标函数相卷积后，得到系统的输出信号。该信号和实验测得的数据(见(1))相吻合。　　(3)优化了TRUE系统的性能，将光路里全息记录和读取时的光能最大化，提高了全息记录和再现的效率。实现的方法是，使用一个电光调制器(EOM)，周期性调节入射激光束的偏振方向，使其在水平和竖直方向切换。一个偏振分束器(PBS)放在EOM后，根据入射光的偏振方向，将光束选择性地反射或者透射到全息记录和再现的光路中。为了滤掉杂散光，在记录和再现光路中放置了两组数字式电控快门。一个数字延时信号发生器被用来同步EOM和快门，使得快门打开时，经EOM调制的具有相应偏振态的光能同步通过。　　(4)提出了一个重建散射光场位相和振幅的新方法。该方法使用一个纯相位型空间光调制器(SLM)来重建物光波波前，以此形成时间反演波来克服散射介质的散射，使得光在通过介质后（或在介质内）形成光学聚焦。为了得到散射光场，首先数值模拟了相干光照明下散射片背后的光场，得到了光场的位相和振幅信息。之后，振幅被代入G-S算法参与迭代运算，提取出对应傅立叶平面的纯位相分布。模拟结果显示，这个经6803次迭代获取的纯位相分布，在相干的平面光波照射下，可以在原振幅信息的采集平面恢复出振幅分布信息，恢复误差是2％。据我们目前所知，这是首次对散射光场的波前进行光学方法的模拟重建（含位相和振幅）。基于此结果，我们提出了基于一个纯位相型SLM的时间反演光学聚焦的实验方案。此方案由于能同时对散射光场的位相和振幅进行波前重建（不丢掉振幅信息），因此可以提高时间反演光学聚焦系统反演光波再现时的保真度，进而可提高时间反演的光学聚焦的质量。