光场经过强散射介质聚焦与成像的研究

When laser illuminates opaque highly scattering media (suca as biological tissues, milk etc.), owing to multiple scattering, the interference of scattering light results in the speckle pattern. In this case, generally the light can not be focused or imaged. In this project, we will study the light propagation and imaging through opaque highly scattering media. The focusing of partially coherent light beams of wavefront shaping will be studied, i.e., by optimizing the the wavefront of the partially coherent light beams, we expect to achieve the best focal spots. We will also study the influence of the degree of coherence, and the coherence distribution of the partially coherent light beams on the optimization of the wavefront, transmission matrix (TM) and speckle correlation. It is expected that we will achieve the relation between TM, speckle correlation and the coherence of the incident partially coherent light. We will also study the imaging of a object illuminated by partially coherent light. By optimizing the wavefront, we expect to produce the imaging, or we expect to achieve the imaging by measuring the speckle correlation of the highly scattering medium. We will study the propagation and focusing of the vector beams through opaque highly scattering medium. The research of this project seems to have very important potential applications to bio-medical imaging, and material detection etc.

当激光照射不透明的强散射介质（例如，生物细胞组织、牛奶等），光在这些散射介质内经历了多重散射，不同散射光之间的干涉导致散射光呈现了散斑图样。在这种情况下，光通常不能有效地聚焦或成像。本项目中，我们拟研究光经过不透明的强散射介质的传输、聚焦以及成像。研究波前整形的部分相干光束经过强散射介质的传输和聚焦。通过优化部分相干光束的波前，获得最佳的聚焦光斑。研究部分相干光束的相干度、以及相干度分布等对波前优化、散射介质的透射矩阵和散斑相关的影响，获得透射矩阵、散斑相关随入射光相干度改变的的变化规律。研究经过散射介质的部分相干成像特性，即通过优化波前以获得最佳的成像，或者通过部分相干光照射强散射介质所获得的散斑相关得到物体经过强散射介质所成的像。我们还将研究矢量光束经过不透明强散射介质的传输、聚焦特性等。本项目的研究对生物医学成像和材料检测等具有重要的潜在应用价值。

当激光光束照射到一些强的非均匀介质（例如，生物细胞组织、牛奶、纳米颗粒薄片、白纸等），由于光在这些介质内经历了多重散射。不同散射光之间的干涉，使得散射光呈现了散斑图样。这种强的非均匀介质是不透明的，称为散射介质（scattering medium）、或混乱介质（disordered medium）。物体经过散射介质之后，不能成像了！即我们看不到被散射介质遮挡的物体了。在本项目中，我们应用波前整形技术，获得了如下重要成果：.1.通过调控入射激光的波前，获得了激光经过强散射介质的聚焦；并获得了激光经过多模光纤或多芯光纤的聚焦，并能调控聚焦光斑的偏振态。.2.通过测量散射介质的传输矩阵，可以实现激光经过散射介质或多模光纤的聚焦或成像。.3.应用散斑相关技术，获得了透过散射介质的高分辨成像。并可获得各向异性物体的成像。. 在本项目的研究工作中，我们一共发表期刊论文54篇，其中被SCI收录48篇，其中Optics Letters 2篇，Optics Express 4篇，IEEE JSTQE 1篇。在国内外重要学术会议做口头报告15次，其中做特邀报告11次。. 值得一提的是，在本项研究中，与印度、日本的科学家开展合作研究，获得了较好的研究成果。. 本项目的研究对生物医学成像、军事领域等具有重要的应用前景。