经过无序介质的光场调控与成像研究

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光在无序介质中发生的多重散射严重扰乱了出射光场的相位和振幅信息,生成的无规律散斑场极大制约了利用光波通过该类介质的成像、信息传输的能力。然而研究表明,光场携带的原有信息并没有丢失并且可以借助光场调控方法从散射场中提取。因此发展一套适用于强散射环境的光场调控技术对于拓展光学探测、识别和信息传递的应用领域具有重要意义。本论文从三种不同的路线系统地研究了散射体系下的光场调控方案。在线性散射体系前提下,这些方案都被实验证明在光波的重新聚焦或成像应用中具有稳定和显著效果。本论文的主要内容如下:1.研究了无需散射环境先验信息的反馈优化技术。基于光场的线性不变性和叠加性,引入序列优化算法和全局搜索算法,实验验证了聚焦效果并分析影响因素。2.研究了基于光学相位共轭原理的波前整形法。基于散射系统的时间反演对称性,探测散射光波前并整形波前,实现散射光快速聚焦,然后利用光学记忆效应,将点光源成像扩展为范围成像,从而实现通过无序介质实时成像。3.研究了无序介质的传输矩阵法。测量无序介质传输矩阵以获取散射系统的完备信息,并把对输入调制相位的求解抽象为相位恢复问题,提出和实现了结合GSW(weighted Gerchberg-Saxton)算法的光场调控新方法。该算法以传输矩阵及其变换形式作为系统传输算子,在输入面和输出面之间进行迭代变换并施加振幅约束,以此求解输入调制相位。仿真和实验结果证明GSW算法比常用的时间反演法,对复杂目标聚焦具有更好的效果。
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