基于迭代优化波前整形的光透过散射介质聚焦的实验研究

摘要

光在通过散射介质的时候会发生多重散射，这种现象严重削弱了光在介质中的穿透深度及成像分辨率，尤其是在一些光透过散射介质进行聚焦及成像的重要应用中，如光动力治疗、光遗传学、光镊及荧光成像等。新兴的波前整形技术有望解决这一难题，它利用到空间光调制器并结合优化算法来实现对光波前的振幅、相位的控制，从而克服了多重散射的影响。然而，目前这一技术的研究在国内仍处于起步阶段，尚缺详细的基础实验研究工作。本论文在对波前整形技术进行大量文献调研的基础上，主要围绕以下两个方面的基础研究内容展开:
　　一、增加聚焦深度研究。众所周知，波长较长的激光穿透力更强。所以我们使用1550nm波长激光作为光源，以DMD作为光调制器件，结合遗传算法和二元振幅调制的方法进行光透过强散射介质后聚焦的实验，并取得光透过厚度为456微米的氧化锌涂层（强散射介质）后的光聚焦。这是目前文献中报道的使用波前整形的方法实现的光透过强散射介质的最大厚度，同时还实现光在任意位置聚焦以及多点聚焦。
　　二、抗噪性能更好的迭代优化算法开发。尽管遗传算法相比于其它算法，如序列优化算法等已经有较好的抗噪性能，但是在实验室环境下噪声的影响仍然很严重，所以我们研究开发了抗噪性能更好的粒子群算法并进行了实验研究。在实验中，比较了粒子群算法和遗传算法的抗噪性能，发现经过改良之后的粒子群算法在抗噪性能方面相比于遗传算法具有明显的优势。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 波前整形技术国内外研究现状

1．1．1 光学相位共轭波前整形研究现状

1．1．2 传输矩阵波前整形研究现状

1．1．3 基于反馈信号的迭代优化波前整形研究现状

1．1．4 基于光声信号的波前整形研究现状

1．2 本论文研究工作

1．2．1 研究意义

1．2．2 研究内容和方法

1．2．3 论文结构安排

第二章 理论基础

2．1 散射效应

2．1．1 散射

2．1．2 多重散射

2．1．3 散斑

2．2 光学传输矩阵及测量

第三章 反馈迭代优化算法研究

3．1 序列优化算法

3．1．1 逐步序列优化算法

3．1．2 连续序列优化算法

3．1．3 分区算法

3．2 遗传算法

3．3 粒子群算法

第四章 基于遗传算法的1550nm激光透过强散射介质后深度聚焦的实验研究

4．1 1550nm波长激光在组织中的吸收特性

4．2 实验系统

4．2．1 实验装置图

4．2．2 二元振幅调制方法

4．2．3 数字微镜

4．2．4 强散射介质制备

4．3 1550nm波长激光对于提高聚焦深度的影响

4．4 目标点大小与增强因子之间的关系

4．5 模式和增强因子之间的关系

4．6 任意位置聚焦和多点聚焦

4．7 本章小结

第五章 基于粒子群算法的光透过散射介质聚焦的实验研究

5．1 实验装置

5．2 不同背景下增强因子的比较

5．3 粒子群算法和遗传算法聚焦性能比较

5．4 两种算法目标点大小对增强因子的影响

5．5 基于粒子群算法的多点聚焦

5．6 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

学术成果和发表的学术论文

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