【摘 要】
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对于折射率不均匀的散射介质,如油漆层、云、浓雾等,介质粒子会扰乱光的传播,生成随机散斑并导致介质后方的目标物体无法被清晰识别。因此散射介质通常被认为阻碍了光学聚焦与成像。然而研究表明,散射过程是确定的。基于这种特性,近些年来出现了许多穿过散射介质实现光控制的方法。其中,波前整形技术由于其光学系统简单,原理易于实现,实时性好,在深层组织显微成像、单光纤内窥镜和扫描成像等诸多领域有重要的研究价值。本论
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对于折射率不均匀的散射介质,如油漆层、云、浓雾等,介质粒子会扰乱光的传播,生成随机散斑并导致介质后方的目标物体无法被清晰识别。因此散射介质通常被认为阻碍了光学聚焦与成像。然而研究表明,散射过程是确定的。基于这种特性,近些年来出现了许多穿过散射介质实现光控制的方法。其中,波前整形技术由于其光学系统简单,原理易于实现,实时性好,在深层组织显微成像、单光纤内窥镜和扫描成像等诸多领域有重要的研究价值。本论文基于现有的迭代优化波前整形方法,提出了一种改进的快速聚焦方法,实现了单/多点聚焦和成像,具体工作如下:1.推导光波在均匀介质和非均匀介质中的传输模型,在此基础上分析了散射的线性数学表达式,进而证明了波前整形方法的可行性;对波前整形方法实现超衍射极限聚焦与穿过多模光纤聚焦进行理论分析,为后续进行基于迭代优化算法的波前整形奠定了理论基础。2.提出了基于差分进化算法（DEA）的波前整形优化方法,实现了更快的聚焦速度和更高的聚焦增益。该算法通过采用多个掩膜并行的方式,缓解了传统优化算法可能陷入局部最优的不足,并且采用了贪婪的选择策略,这使得DEA在收敛率方面有一定的优势。3.通过模拟仿真和光学实验实现了穿透散射介质的单/多点聚焦和成像。其中单点聚焦的最大实验增益能够到达52.551。仿真和实验结果均证明,DEA表现优于现有算法。4.搭建实验光路,利用SLM实现了波长为532nm的激光穿透稳定介质-三层毛玻璃和多模光纤聚焦,并对聚焦性能进行了对比分析。
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