激光光束经过强散射介质聚焦的研究

发布时间：2017-10-25 06:38

  本文关键词：激光光束经过强散射介质聚焦的研究

  更多相关文章： 强散射介质 聚焦 角谱衍射公式 优化算法 相位调制

【摘要】：相干光通过牛奶、白色涂料、人体组织等强散射介质时,由于光在这些介质内经历了多重散射,会在出射时形成随机散斑。出射光失去了原有入射光场的空间相干性,使得稳定的相干光变成随机化的相干光、有序的图像变得随机紊乱,这严重地影响了人类从中提取信息的能力。对于这种由强散射介质引起的波前畸变,自适应光学技术则无法有效地纠正波像差。因此,克服强散射介质的散射作用已经成为各领域的研究热点。本文以强散射介质为研究对象,研究了激光经过强散射介质的聚焦。本学位论文的主要内容如下:1.激光通过强散射介质聚焦的理论模拟研究。基于角谱衍射公式和散射介质的圆型高斯分布模型,我们数值模拟了激光通过强散射介质的聚焦。通过反馈优化算法实现了光束的波前整形,在目标位置处形成一个很亮的聚焦光斑。改变聚焦目标位置后,可实现任意位置处的单点或多点聚焦。讨论了空间光调制器上的总调制单元个数、每个调制单元相位准确度与光强增长因子的关系。研究结果表明:该方法能有效地实现激光通过强散射介质的聚焦。目标位置处的光强随着总像素单元数的增加而线性地增强,并且随着调制单元的相位精度的增加而增强。模拟结果与理论分析相吻合。2.激光光束经过不透明散射介质聚焦的实验研究。由于多重散射的影响,当激光光束经过强散射介质(例如牛奶、生物组织等)之后将形成散斑。如何调制激光光束,使其经过散射介质之后能实现有效地聚焦是一项具有重要意义的研究工作。我们在实验上利用空间光调制器和连续顺序反馈优化算法对入射光波前进行相位调制,实现了激光光束经过强散射介质的有效聚焦。研究了空间光调制器上的总调制单元个数、每个调制单元的相位精度对光强增长因子的影响。实验研究结果表明,目标位置处的光强随着总调制单元数的增加而增加,并且随着调制单元的相位精度的增加而增强。3.基于二元振幅调制实现激光经过强散射介质聚焦。基于角谱衍射公式和散射介质的圆型高斯分布模型,通过二元振幅调制反馈算法实现了激光通过散射介质的聚焦。调制之后,在目标位置处得到一个很亮的聚焦光斑。也可实现在任意位置处的单点或多点聚焦。并且讨论了空间光调制器上划分的总调制单元个数与光强增长因子之间的关系。4.基于粒子群算法实现激光经过强散射介质聚焦。我们使用粒子群算法调制入射光的波前相位实现光束经过强散射介质的聚焦。理论上,基于角谱衍射公式和圆型高斯分布模型的散射介质实现了在目标位置处的聚焦。实验上则利用空间光调制器对入射光波前进行相位调制,使散射光束聚焦到目标位置处。讨论了总调制单元个数和迭代数对光强增长因子的影响,增长因子随着总调制单元个数的增大而增大。迭代次数越大,光强增长因子越大,但是增长的幅度越来越小。实验结果与理论模拟相一致。
【关键词】：强散射介质 聚焦 角谱衍射公式 优化算法 相位调制
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN24
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景与意义9-11
• 1.2 课题研究现状与发展11-15
• 1.3 论文研究内容及结构安排15-17
• 第2章 激光经过强散射介质聚焦的理论基础17-23
• 2.1 散射理论17-18
• 2.2 光学散斑及其数学表示18-19
• 2.3 光学传输矩阵19-20
• 2.4 随机散射介质的制备20-21
• 2.5 本章小结21-23
• 第3章 激光通过强散射介质聚焦的理论模拟研究23-29
• 3.1 理论分析23-24
• 3.2 数值模拟过程24-26
• 3.3 模拟结果及分析26-28
• 3.4 本章小结28-29
• 第4章 激光光束经过不透明散射介质聚焦的实验研究29-35
• 4.1 理论分析29-30
• 4.2 样品制备及实验装置30-32
• 4.3 实验结果及分析32-34
• 4.4 本章小结34-35
• 第5章 基于二元振幅调制实现激光经过强散射介质聚焦35-41
• 5.1 理论分析35-36
• 5.2 数值模拟过程36-37
• 5.3 模拟结果及分析37-39
• 5.4 本章小结39-41
• 第6章 基于粒子群算法实现激光经过强散射介质聚焦41-49
• 6.1 粒子群算法41-43
• 6.2 数值模拟过程43-44
• 6.3 数值模拟结果及分析44-45
• 6.4 实验结果及分析45-47
• 6.5 本章小结47-49
• 第7章 结论与展望49-51
• 7.1 主要结论49-50
• 7.2 展望50-51
• 参考文献51-57
• 致谢57-59
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果59

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本文编号：1092534