基于超像素和数字微镜的光场复振幅调制实现光透过散射介质聚焦的方法研究

论文摘要

一束光透过散射介质时会因受到多重散射的影响而失去方向性,这种光的散射不仅对光学成像造成了巨大限制也严重阻碍了生物医学、通信和其他光学技术的发展。近年来发展的波前整形技术通过对入射波前的调制可以实现光透过散射介质聚焦,这使得生物活体组织等强散射介质的内部结构成像成为可能,因而受到了人们广泛的关注。波前整形技术通过使用振幅型或相位型调制器件对入射波前进行调制,振幅型调制器件数字微镜调制速率快但调制性能较弱而相位型调制器件液晶空间光调制器调制性能较强但调制速率慢,二者都不满足对生物活体组织内部结构成像的要求。本文对超像素法进行了理论研究,基于超像素法的数字微镜器件能够在保持原有的超高调制速率的同时实现对光场振幅和相位的同时调制。为了探究该方法在实验上的可行性,本文基于四步相移法设计实验方案对超像素法的相位调制效果进行了检测,并通过对结果的分析确认了该方法可用于波前调制。在此基础上,本文首先将超像素法与遗传算法深度结合设计了光聚焦实验方案,并在实验中获得了 0.71的相对增强因子数值,这是目前为止基于数字微镜器件的所有波前整形光聚焦实验的最高值。为了提高优化速度,本文对多频并行优化算法进行了理论和模拟研究,并根据总结的经验设计了与超像素法结合的光聚焦实验方案,最终实现了仅需1000张掩模便可完成对目标点的高质量聚焦。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 波前整形方法
•     1.2.1 振幅调制方法
•     1.2.2 相位调制方法
•   1.3 光调制器件
•     1.3.1 数字微镜器件
•     1.3.2 液晶空间光调制器
•   1.4 课题的研究意义和主要研究内容
•     1.4.1 课题的研究意义
•     1.4.2 主要研究内容
• 第二章 光在散射介质内传播的理论基础
•   2.1 传输矩阵理论
•   2.2 随机矩阵理论
•   2.3 本章小结
• 第三章 超像素方法
•   3.1 超像素方法原理
•     3.1.1 超像素与其子像素的关系
•     3.1.2 赋予子像素相位的方法
•     3.1.3 子像素于目标面叠加的原理
•   3.2 查找表的建立方法
•   3.3 误差分析
•     3.3.1 单个超像素的光场分布
•     3.3.2 超像素间的相互影响
•     3.3.3 空间滤波器孔径的影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 超像素方法的可行性实验研究
•   4.1 四步相移算法
•   4.2 实验方案的设计
•   4.3 实验结果及分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于超像素方法和遗传算法的光聚焦实验研究
•   5.1 遗传算法
•   5.2 遗传算法与超像素方法的结合
•   5.3 实验方案的设计
•   5.4 鸡胸脯散射样品的制作
•   5.5 实验结果及分析
•   5.6 本章小结
• 第六章 基于超像素方法和多频并行优化算法的光聚焦实验研究
•   6.1 多频并行优化算法
•   6.2 对算法的模拟分析
•   6.3 实验方案的设计
•   6.4 实验结果及分析
•   6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
•   7.1 结论
•   7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 导师和作者简介
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贾佑权

导师: 陈朝阳

关键词: 波前整形,散射介质,光聚焦,超像素,复振幅调制

来源: 北京化工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用,自动化技术

单位: 北京化工大学

分类号: O436.2;TP18;TP391.41

DOI: 10.26939/d.cnki.gbhgu.2019.000632

总页数: 75

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