摘要: 散射介质的存在会严重影响光场信息的探测和获取。但是经过散射介质后的散射光仍包含目标信息，同时散射介质可以提高成像系统的衍射极限，所以研究散射介质的内在性质对于提高透过散射介质的光束整形效果、光场传输效率、聚焦和成像具有重要意义。本... 展开 散射介质的存在会严重影响光场信息的探测和获取。但是经过散射介质后的散射光仍包含目标信息，同时散射介质可以提高成像系统的衍射极限，所以研究散射介质的内在性质对于提高透过散射介质的光束整形效果、光场传输效率、聚焦和成像具有重要意义。本文以散射介质传输矩阵为研究重点，构建了透过散射介质聚焦的仿真模型和实验系统。通过实验和理论仿真的结果对比，揭示了散射介质入射光通道之间的强相关性，并利用散射介质最优相位分布的微观连续性对光通道之间的相关性进行了理论解释。最后，利用这种强相关性进行相位插值计算和调制，并通过传输矩阵的特征通道理论对调制效果进行了定量解释。由于入射光通道之间的相关性严格对应传输矩阵元的相关性，因此本文的工作对于减少传输矩阵的计算自由度，提高透过散射介质的聚焦速度和光强具有重要的价值。本文的工作证明了聚焦对于光场变化的不敏感性，可以将相关结论扩展至动态散射介质，减小对透过动态散射聚焦时的调制速度要求。本文具体工作主要包括： （1）开发了散射介质光学仿真系统。我们对光波在自由空间中的传播进行仿真；同时模拟了实际实验中的透镜作用；最后将光场与预设矩阵相乘，代替散射介质作用，实现对平面波从调制端到探测端的全链路传输仿真。利用该仿真系统测试了四步相移法获取传输矩阵的能力，和不同算法实现聚焦的能力。 （2）进行散射介质（毛玻璃）的传输矩阵测量实验，实现了透过散射介质的单点聚焦和多点聚焦。探究了入射光变化对焦点的影响。实验测量了2562?322大小的传输矩阵，结合相位共轭算法单点聚焦的最大增强因子达到457。实验中还实现了不同位置点分别聚焦和多点同时聚焦。研究了输入相位掩模变化和入射光在位移、旋转和振动情况下对聚焦点的影响，与仿真结果进行对比发现现有传输矩阵模型的局限性，验证了透过散射介质的聚焦效果对于光场变化的不敏感性。 （3）研究了散射介质光学通道的相关性，通过单通道优化后焦点强度与最优相位掩膜之间的关系，发现了散射介质光学通道之间的相关性。提出了基于单通道优化的最优相位的连续分布理论，对光通道相关性进行了理论解释。根据最优相位的连续性分布理论，在入射有效调制相位面积减少50%的情况下，提出了相关性相位插值计算和调制方法，调制后的焦点光强相比于未调制前提高了75%。该方法可以显著减少散射介质传输矩阵的计算自由度，对于提高透过散射介质聚焦效率具有重要价值。 收起