激光光束经过散射介质的光场调控

Generation of laser beams with special optical properties by modulating the optical field has attracted much attention because of the important applications such as optical tweezers, optical communications and laser processing. Optical field modulations in these applications are limited to propagation of beams in free space. In the applications such as biological treatment and biological tissue imaging et al, the scattering of laser beams in these turbid mediums should be considered. Because of randomness of multiple scattering and distribution of particles, and the non-uniformity of the refractive index of the medium, the properties of the input beams become uncontrollable, for example beams with special intensity patterns convers to speckle, which influence the applications of laser beams. In this project, method and technology of optical modulation in free space will be applied in scattering medium, the precise and multiple modulations on uncontrollable speckle field will be realized, and the random optical field formed by laser beams through scattering medium will be modulated and controlled. The potential applications of the researches may include interaction between laser beams with material, microscopy imaging, and biological treatment et al.

对于激光在光镊、光通信、激光加工等领域的应用，通过调控光场获得具有特殊光学性质的光束具有非常重要的意义。在这些应用中，主要涉及到的是光在自由空间的光场调控。而在医学诊断、生物组织成像等诸多应用中，则需要涉及到比较复杂的光在散射介质中的传输问题。由于散射介质中微粒分布的随机性以及折射率分布的不均匀性等特点，导致光束规则有序的光学性质将变得杂乱无序且不可控制，例如具有特定光强分布的光斑分布将变为光强随机分布的散斑，这严重地影响了激光的应用。本项目中，我们将把光场调控的方法和技术应用于散射介质领域，理论和实验上实现对被认为是不可控制的散斑场的精确多元化调控，将光束经过散射介质后随机无规律的光场调制成确定可控制的光场。本项目的研究对激光与物质的相互作用、显微成像以及医学诊断等领域具有重要的意义。

由于散射介质中微粒分布的随机性以及折射率分布的不均匀性等特点，导致光束规则有序的光学性质将变得杂乱无序且不可控制，例如具有特定光强分布的光斑分布将变为光强随机分布的散斑，这严重地影响了激光的应用。本项目中，我们把光场调控的方法和技术应用于散射介质领域，理论和实验上实现对被认为是不可控制的散斑场的精确多元化调控，将光束经过散射介质后随机无规律的光场调制成确定可控制的光场。.研究了散斑场的光强、光谱和偏振调控以及从散斑场中获取入射光场信息。对散斑场进行光强调控，获得了具有可控光强分布的二维和三维聚焦光斑；对散斑场进行光谱调控，获得了带通型、阶梯形、高斯型等具有特殊分布光谱曲线；对散斑场进行偏振调控，获得了具有线偏振、圆偏振、椭圆偏振等特定偏振分布的聚焦点；从散斑场中提取了被散射物体的信息；实现了相位型物体经过散射介质的还原。.在这一系列的研究工作中，我们在包括Laser and Photonics Review和Optica等学术期刊上发表(含录用)了26篇学术论文，其中SCI收录的学术论文22篇，包括SCI一区期刊论文2篇，SCI二区期刊刊物论文4篇，另有EI收录论文3篇。截止目前，论文被SCI引用超过120篇次。一项发明专利获得授权。此外，还培养了1名博士后和5名硕士研究生。多人次参加了国际和国内学术会议，并作报告。与美国中佛罗里达大学、美国德州农工大学、日本新潟大学、印度理工学院等国外高校的科研人员开展了国际合作，并共同发表论文。