[发明专利]强散射介质传输矩阵测量方法及光路装置

说明书

本发明公开了一种强散射介质传输矩阵测量方法及光路装置，包括以下步骤：S1、搭建具有空间光调制器(7)的光路装置；S2、设定在第n个入射波矢中改变相位，通过在空间光调制器(7)的相应位置上加载相位数据；在每个入射波矢方向，分别加载相位角α为0，π/2，π和3π/2，同时同步采集对应的所有出射波输出光强和S3、将和数值代入公式(8)：本发明所述的强散射介质传输矩阵测量方法及光路装置，利用纯相位型空间光调制器对输入光进行精密相位调整，实现对每一束入射波矢进行四种特定相位的调整，同时用相机采集对应的光强信息，并通过光强信息求解复数的传输矩阵。

技术领域

本发明涉及一种强散射介质传输矩阵测量方法及求取强散射介质传输矩阵所搭建的光路装置。

背景技术

目前，人们对波的传播的研究基本都是基于均匀介质或者弱散射介质，然而，自然生活中有许多介质都是强散射介质，例如浑浊液体，云，人的皮肤等。当光进入强散射介质时，光束就被散射到各个方向，导致透过光束变得杂乱无章，无法辨别。

然而，通过测量强散射介质的传输矩阵，建立散射介质的输入和输出关系，则通过对入射到强散射介质的光波的波前进行调整，削弱或抵消强散射介质对光束的散射，实现透过强散射介质的聚焦和透过强散射介质的图像反演。

当光束入射到介质时，它的出射光和入射光之间满足如下关系：

其中，为在第n个方向上入射到散射介质的输入复振幅，为光束穿过介质的输出平面上第m个位置上的复振幅，E_in为入射的复振幅向量，K为散射介质的复数传输矩阵。

传输矩阵K是描述散射介质输入输出特性的矩阵。散射介质传输矩阵的测量难点在于：

1)散射介质传输矩阵为复数矩阵，而探测器仅能接收光强信号，而不包含其中的相位信息，采用现有的方法无法恢复其相位信息，所以也就无法求得介质的复数传输矩阵。

2)散射介质传输矩阵是一个多输入多输出系统，改变任意输入波矢会影响多个出射波矢，同样每个出射波矢由多个输入波矢所决定，所以这就需要测量每一个入射波矢对每一个出射波矢的影响，这样的工作量是很庞大的，并且需要一种仪器能实现对每个入射波矢的单独控制。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种强散射介质传输矩阵测量方法及光路装置，用于解决现有的传输矩阵测量方法，无法恢复其相位信息，无法求得介质的复数传输矩阵，工作量庞大的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种强散射介质传输矩阵测量方法，包括以下步骤：

S1、搭建具有空间光调制器的光路装置。

S2、在空间光调制器中加载不同的相位图能够实现对不同角度入射的输入光波复振幅的调整。

设定在第n个入射波矢中改变相位，通过在空间光调制器的相应位置上加载相位数据。

在每个入射波矢方向，分别加载相位角α为0，π/2，π和3π/2，同时同步采集对应的所有出射波输出光强和

S3、设定代表第m个出射波的振幅的变化，将和数值代入如下公式：

公式中随入射激光振幅E呈正比例变化，为了消除入射激光振幅的变化，利用光电探测器同步采集每次输入的激光光强I＝|E|²，其中和E通过归一化消除。

利用公式求解出对应于入射波为n方向的传输矩阵k_mn。

S4、重复上述步骤，依次改变每一个入射波矢的相位，采集对应的所有出射波的输出光强，得到样品的整个复数传输矩阵K。