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  • 什么是散射成像技术?

    作者:朱磊,邵晓鹏 来源:《光学学报》 时间:2022-12-30 18:09 阅读:4970 [投稿]
    计算光学成像技术作为新型的成像手段,不仅推动了传统成像技术的发展,而且在解决散射成像方面表现出了得天独厚的优势。

    近年来,计算机技术的飞速发展、介观物理研究的深入、计算成像思想的完善和图像处理技术的发展,促进了以物理机制为基础的计算光学成像技术的发展。计算光学成像技术作为新型的成像手段,不仅推动了传统成像技术的发展,而且在解决散射成像方面表现出了得天独厚的优势。

    在弹道光提取方面,自适应光学成像技术、光学相干层析技术、共聚焦显微技术、多光子显微技术、光声显微技术、复合荧光分子层析技术、多光谱光声层析技术等光学成像技术的发展及应用,解决了天文成像、水下探测和生物成像等领域的关键问题。

    在散射光利用方面,空间光调制器(SLM)、数字微镜器件(DMD)、微机电系统调制器(MEMS)等数字波前整形器件的出现,促进了计算成像技术与散射成像技术的有机结合,涌现出了许多新型的光学成像技术,如光学相位共轭、波前反馈调节、光学传输矩阵等,极大地促进了散射成像技术在显微成像领域的应用。

    纵观散射成像的发展历程,散射成像技术已从早期的基础理论研究发展到了实验室中的模型验证研究,继而又发展到了透过散射介质成像的应用研究。目前,透过散射介质的成像方法主要有波前整形和基于光学记忆效应的散射成像技术。

    基于波前整形的散射成像技术

    波前整形技术包含光学相位共轭、基于反馈优化的波前整形和光学传输矩阵技术三部分,该技术主要研究光波在介质中的传播规律及特性,为散射效应的利用奠定了基础。相关研究表明,波前整形技术在生物医学成像、超分辨成像和光通信等方面有着广阔的应用前景。

    光学相位共轭

    光学相位共轭技术是时间反演技术在光学领域的应用,最早的光学相位共轭技术通过在照相板上记录全息图来实现。本质上,光学相位共轭技术利用的是光传播的可逆性,获得透过介质后的光场分布后,反向输入透射光场的相位共轭波形,就可以重建原始的入射光场。

    光学相位共轭的实现步骤可以分为两步:光场信息的记录和相位共轭光的生成。按照相位共轭光产生方式的不同,光学相位共轭技术可以分为非线性光学相位共轭技术和数字光学相位共轭技术两类。前者可以使用数字全息或定量相位成像技术来实现,后者则可以通过空间光调制器实现。

    根据非线性过程的差异,非线性光学相位共轭技术可以分为三波混频相位共轭技术、四波混频相位共轭技术、受激布里渊散射相位共轭技术和光折变晶体相位共轭技术。与数字光学相位共轭技术相比,非线性光学相位共轭技术在模式耦合效率方面具有较大优势,因此,非线性光学相位共轭技术在生物医学方面仍具有很大潜力。

    SLM和DMD等元件的出现,使得数字光学相位共轭调制变成可能。数字光学相位共轭技术的工作原理如图1所示(EO代表电光调制器,OPC代表光学相位共轭,Ref代表参考光)。在获得输出场的光场信息后,利用数字元器件产生相位共轭光,进而实现透过散射介质的聚焦和成像。如何提高数字光学相位共轭技术的效率问题,将决定数字光学相位共轭技术在未来应用中的地位。


    图1.数字光学相位共轭示意图

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    zxkang:nice!  谢谢分享!(2023-02-08)