Microgenetic optimization algorithm for optimal wavefront shaping
在成像和认证应用中利用最佳波前成形的主要限制之一是当前使用的优化算法的速度慢。为了解决这个问题，我们开发了一个微观遗传优化算法（$μ$ GA）的最佳波前整形。我们测试的能力的$μ$ GA和以前的算法（迭代和简单的遗传），通过使用每个算法来优化传输通过一个不透明的介质进行比较。从我们的实验中，我们发现，$μ$ GA是比迭代和简单的遗传算法的速度，这两种遗传算法是更好的抗噪声和样本去相干比迭代算法。
2015-02-27 physics.optics
Practical considerations for high-fidelity wavefront shaping experiments
本文系统梳理了影响波前整形实验保真度的实际因素，并提出识别与抑制这些负面影响的简易方法，同时提供基于 OpenWFS 框架的 Python 代码用于自动量化实验问题。
2024-03-22 physics.optics
Polarization-resolved microscopy through scattering media via wavefront shaping
波前整形已经彻底改变了散射介质中的成像深度，能够在空间和时间上重新聚焦穿过介质或介质内部的光。然而，波前整形是不兼容的，但与偏振分辨显微镜的偏振光学器件的需要，以重新聚焦具有受控的偏振状态的光。在这里，我们表明，波前整形不仅能够恢复焦点，但它也可以恢复注入的偏振态，而不使用任何偏振光学检测。这种违反直觉的效应发生在多个传输平均自由程厚的样品上，这些样品表现出具有完全杂乱状态的散斑。值得注意的是，输入偏振的任意旋转不会降低焦点的质量。这种无监督的重新极化-从最初的混乱的偏振状态-为前所未有的深度的偏振分辨结构显微镜铺平了道路。我们利用这一现象，并证明二次谐波产生（SHG）的结构成像的胶原纤维在肌腱组织后面的散射介质。
2015-11-07 physics.optics
Recent advances in wavefront shaping techniques for biomedical applications
由于折射率的高度不均匀分布，光在诸如生物组织的复杂介质中的传播经历多次光散射事件。研究了多个光散射事件的抑制和控制，因为它们提供了通过生物组织进行光学聚焦和成像的可能性，并且它们可能为几种人类疾病的诊断和治疗开辟新的途径。为了深入了解新的光学技术如何解决生物医学应用中的多次光散射问题，光学波前整形技术的最新进展进行了总结。
2015-02-19 physics.optics
Focusing light by wavefront shaping through disorder and nonlinearity
波前整形是一种强大的技术，可用于通过散射介质聚焦光，这对于通过散射样本（如组织）成像很重要。该方法基于这样的假设，即介质输出端的场是通过介质中不同路径传播的模式的线性叠加。然而，当散射介质也表现出非线性，可能会发生在多光子显微镜，这一假设被违反，波前整形的适用性变得不清楚。在这里，我们表明，使用一个简单的模型系统与散射层，然后由一个非线性层，与自适应优化的波前光仍然可以控制和聚焦通过散射介质中存在的非线性。值得注意的是，我们发现，适度的正非线性可以显着增加功率的集中分数，而负非线性降低它。
2017-09-11 physics.optics
Second-harmonic focusing by nonlinear turbid medium via feedback-based wavefront shaping
散射通常被认为对光学聚焦或成像是有害的。近年来，越来越多的研究表明，强散射材料可以通过控制或整形入射光来聚焦相干光。在这里，有目的地聚焦的二次谐波，这是通过基于反馈的波前整形从非线性混浊介质中产生和散射。这项工作显示了一个灵活的操纵无序的线性和非线性散射信号，表示更可控的自由度的描述混浊介质。该技术还提供了一种可能的方式，以焦点或其他图案的形式在期望的位置处有效地传输非线性信号。随着随机非线性光学与波前整形方法的结合，在非线性传输矩阵、多频成像、无相位匹配非线性光学等方面有着广阔的应用前景。
2016-12-02 physics.optics
Rapid wavefront shaping using an optical gradient acquisition
Technion（以色列理工学院）
本研究提出了一种基于梯度下降优化的快速波前整形方法，通过分析框架推断梯度以实现高分辨率调制，有效校正厚组织层的像差。
2026-01-13 physics.optics
A practical guide to Digital Micro-mirror Devices (DMDs) for wavefront shaping
Institut Langevin, ESPCI Paris, PSL University, CNRS, France（朗之万研究所，巴黎高等物理化工学院，PSL大学，法国国家科学研究中心）
本文提供了一种实用指南，帮助在波前塑形中利用数字微镜器件，通过解决其设计缺陷来优化性能。
2026-01-14 physics.optics
Creating high-contrast patterns in multiple-scattering media via wavefront shaping
针对波前整形中长程关联降低目标对比度的问题，通过引入对比度算符与差分算符并利用其本征态操控非局域强度关联，在强散射介质中实现了高对比度图案创建与目标能量递送。
2023-08-05 physics.optics
Confocal 3D reflectance imaging through multimode fibers without wavefront shaping
通过光学多模光纤（MMF）成像有可能使头发丝薄的内窥镜，减少组织和器官深处成像的侵入性。目前的方法主要需要主动波前整形和荧光标记，这限制了它们在临床前应用中的使用，并阻碍了成像速度。在这里，我们提出了一种计算方法来重建深度选通共焦图像使用光栅扫描，聚焦输入照明。我们证明了这种方法与定量相位，暗场和偏振成像的兼容性。通过MMF的计算成像为医学诊断和生物研究中的微创成像开辟了新途径。
2021-09-03 physics.optics
Reversible Wavefront Shaping Between Gaussian and Airy Beams By Mimicking Gravitational Field
在本文中，我们通过模拟引力场，实验证明了波前的可逆整形。构造了一种具有特殊折射率分布的梯度折射率微结构光波导，其有效折射率满足引力场分布。在波导中，入射的宽高斯光束首先被转换成加速光束，然后产生的加速光束逐渐变回高斯光束。为了验证我们的实验，我们进行了与实验结果一致的全波连续模拟。基于Landau方法建立了描述激光束演化的理论模型，表明加速光束在线性势趋于零的小范围内表现为Airy光束。据我们所知，这种可逆的波前整形技术以前还没有报道。
2018-01-22 physics.optics
Wavefront shaping to improve beam quality: converting a speckle pattern into a Gaussian spot
完全准直的光束可以通过多次散射展开，产生散斑图案并增加系统的光学扩展量。标准的光学系统保留了光学扩展量，因此不能通过将散斑图案转换成准直光束或等效地转换成锐焦点来逆转该过程。波前整形是一种能够操纵光束的振幅和/或相位的技术，从而控制其通过这种介质的传播。因此，波前整形可以打破光展量的守恒，并在原则上，减少it. In这项工作中，我们研究了多少的能量包含在一个充分发展的散斑图案可以转换成高品质（低M2）的光束，并讨论了这种方法的优点和局限性，特别注意由于多重散射的输出质量的固有变化。
2021-07-22 physics.optics
Scattering correcting wavefront shaping for three-photon microscopy
三光子（3P）显微镜由于其在深层组织中的优越性能而受到关注。然而，像差和光散射仍然是高分辨率成像可达到的深度范围的主要限制之一。在这里，我们展示了散射校正波前整形与一个简单的连续优化算法，由集成的3P荧光信号的指导。我们展示了散射层后面的聚焦和成像，并研究了不同样品几何形状和反馈非线性的收敛轨迹。此外，我们通过小鼠头骨成像，并展示了一种新的快速相位估计方案，大大提高了速度，可以找到最佳的校正。
2022-06-27 physics.optics
Nanosecond wavefront shaping to focus through agitated turbid media
ONERA, Université Paris-Saclay（法国航空航天研究院，巴黎萨克雷大学）；Institut Langevin, ESPCI Paris, PSL University, CNRS（巴黎高等物理化工学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心）
本研究通过纳秒波前整形技术，在具有亚微秒退相干的扰动浑浊介质中实现稳定聚焦，展示了在动态复杂介质中相干波控制的实验可行性。
2026-03-09 physics.optics
Wavefront shaping and imaging through a multimode hollow-core fiber
本文提出用多模空芯光纤替代传统石英光纤，以解决低数值孔径和实芯自荧光、拉曼背景干扰问题，并实验验证了可调高NA波前整形、光栅扫描与散斑压缩成像。
2024-07-08 physics.optics
Multifunctional Resonant Wavefront-Shaping Meta-Optics Based on Multilayer and Multi-Perturbation Nonlocal Metasurfaces
光子器件很少对入射波前提供精细的空间控制和清晰的光谱控制。例如，在光学超颖表面中，单个超颖单元的局域模式在宽带宽上控制波前形状，而在许多单位单元上延伸的非局域晶格模式支持高质量因子共振。在这里，我们通过实验证明了在近红外中的非局部介电超颖表面，它提供了光的空间和光谱控制，实现了超透镜只在窄带共振上聚焦光，而不影响非共振频率。我们的设备实现这一功能，通过支持一个准束缚态在连续编码的空间变化的几何相位。我们利用这种能力，实验实现多光谱波前整形的多功能平台，其中一堆元表面，每个支持多个独立控制的准束缚态的连续，模具的光学波前在多个波长不同，但仍然保持透明的其余部分的光谱。这样的平台可扩展到增强现实和透明显示器中的应用的可见部分。
2022-01-25 physics.optics
Wavefront shaping for optimized many-mode Kerr beam self-cleaning in graded-index multimode fiber
我们报告的实验结果表明，克尔光束自清洁的许多低阶模式的梯度折射率多模光纤可以控制由于优化的相干激发光束的波前整形。利用横向输入相位的自适应分布，通过利用所有导模之间的非线性耦合，将发射功率引导到特定的低阶光纤模式。实验进行了7 ps的脉冲在1064 nm注入到一个五米长的多模光纤工作在正常的色散制度。优化克尔光束自清洁五个不同的LP模式的报告，与功率阈值，增加模式的顺序。
2019-02-12 physics.optics
Reconfigurable optical logic operations through scattering media with wavefront shaping
光逻辑门是光计算加速信息处理的基本模块。虽然近年来已经取得了重大进展，但现有的实现方式通常依赖于预先设计为针对特定逻辑功能精确地调制光束的相位和强度的专用结构。因此，这些光闸通常缺乏可重构性，并且不能在动态复杂介质/环境（诸如雾和浑浊的水）内或通过动态复杂介质/环境。在这项工作中，作为一个概念性的演示，我们提出了可重构的光学逻辑操作，通过散射介质与传输矩阵为基础的波前整形。光束被空间光调制器反射，该空间光调制器被划分为用作逻辑单元的若干子区域，每个子区域经由基于传输矩阵的波前整形而显示有预定的波前。每个调制的波前透射通过散射介质以形成期望的光场。这些光场的干涉在预先指定的位置产生明亮的光学焦点，表示不同的逻辑状态。作为概念的证明，我们实验性地演示了五个基本逻辑函数（AND，OR，NOT，NAND，NOR）。由于散射介质/系统的传输矩阵可以立即测量以适应环境扰动，因此该方法如果进一步设计，将为动态复杂环境中的可重构光学逻辑计算开辟新的途径。
2022-08-28 physics.optics
Wavefront Shaping of the Pump in Multimode Fiber Amplifiers; The Gain-Dependent Transmission Matrix
波前整形技术允许控制光通过许多类型的散射或复杂介质的传输，其中包括多模光纤。多模光纤也是一种增益介质，由于不仅可以对介质放大的信号光进行波前整形，而且可以对介质内吸收的泵浦光进行波前整形，因此多模光纤的情况呈现出进一步有趣的控制前景。如果用于泵浦的光波是相干的，则其在注入之前的整形将影响放大器体积内的复杂的、散斑状的激发空间图案，这又将作为非均匀增益作用于信号。我们引入了一个新的理论模型，它捕获的基本特征的多模放大光纤泵浦相干光束与可配置的模式内容，允许增益相关的传输矩阵的计算。我们数值实现我们的模型，以探索在何种程度上可以控制放大的光在空间域，通过塑造泵;我们展示了一种重要的操纵能力，以及几种限制它的有趣的物理机制。特别是，我们展示了如何考虑到交叉-光纤内所有导模之间的贡献对于理解对泵浦整形选择的信号灵敏度的整个范围是必不可少的。
2019-11-18 physics.optics
Non-invasive and noise-robust light focusing using confocal wavefront shaping
针对组织内源荧光信号微弱、反馈易受噪声影响的问题，本文提出照明与成像双臂共聚焦调制的波前整形方法，并推导调制评分函数，实现厚散射组织中 EGFP 标记神经元的高信噪比成像。
2024-01-21 physics.optics
Nonlinear photoacoustic wavefront shaping (PAWS) for single speckle-grain optical focusing in scattering media
非侵入性地将光聚焦到强散射介质（诸如生物组织）中是高度期望的，但具有挑战性。最近，已经开发了由超声编码或光声感测引导的波前成形技术来解决该限制。到目前为止，这些方法仅提供声学衍射限制的光学聚焦。在这里，我们介绍了非线性光声波前整形（PAWS），它实现了光学衍射限制（即单散斑颗粒）在散射介质中的聚焦。基于Grueneisen记忆效应，提出了一种有效的双脉冲激发方法来产生强非线性光声信号。这些非线性PA信号被用作反馈以引导迭代波前优化。通过最大化非线性PA信号的幅度，光被有效地聚焦到单个光学散斑颗粒。实验结果表明，在5-7微米的尺度上，这是一个清晰的光学焦点的线性尺寸小于约10倍的声学焦点，在峰值通量的增强因子为约6000。该技术有可能为帕金森病和癫痫的显微手术或单神经元成像和光遗传学激活提供组织深处的高度受限的强光学焦点。
2014-02-04 physics.optics
Arbitrary optical wavefront shaping via spin-to-orbit coupling
将自旋角动量转换为轨道角动量是产生具有空间变化偏振场的轨道角动量光束的一种实用有效的方法。在这里，我们提出了新的液晶设备，通过潘查拉特南-贝里相位的概念来定制光束的波前。我们证明了这些设备的多功能性，通过产生广泛的光束，如光束携带$\pm200$单位的轨道角动量以及贝塞尔，艾里和因斯高斯光束。我们表征了产生的光束的相位和偏振特性，证实了我们的设备的性能。
2016-08-23 physics.optics
Noise-tolerant wavefront shaping in a Hadamard basis
光散射是光学成像的主要限制。然而，通过空间成形入射波前，光可以通过混浊介质或在混浊介质内部聚焦。波前整形最终受到可用光子预算的限制。我们开发了一种新的“双参考”波前整形算法，最佳地使用可用的光。我们的方法允许多目标波前整形，使其适用于传输矩阵测量或传输图像。我们通过实验证实了与现有方法相比的焦点强度的改善。
2021-03-15 eess.IV physics.ins-det physics.optics
Unveiling the Relationship Between Amplitude-only Transmission Matrix and Third-Order Correlation of Light Fields in Wavefront Shaping
本文揭示了波前整形中仅振幅传输矩阵与光场三阶关联方法的数学等价性，指出TCLF方法计算复杂度更低，且TM是其特例。
2024-07-19 physics.optics
Model-based wavefront shaping microscopy
针对生物医学应用中波前整形依赖导星的局限，提出一种无导星的基于模型的波前整形显微方法，通过显微镜原位构建样本折射率模型计算最优波前，实验中双光子荧光信号提升效果超现有技术21倍。
2020-02-12 physics.bio-ph physics.optics
Spatiotemporal Metasurface for Ultrafast All-Optical Wavefront Shaping
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Friedrich Schiller University（弗里德里希·席勒大学）
该研究提出一种全光超快动态波前整形策略，通过泵浦脉冲调控半导体纳米线超表面的介电常数，实现了皮秒级开关的瞬态波前调控，为全光可重构金属透镜奠定基础。
2026-08-04 physics.optics
Collaborative effects of wavefront shaping and optical clearing agent in optical coherence tomography
我们证明，同时应用光学透明剂（OCAs）和复杂的波前整形光学相干断层扫描（OCT）可以提供显着的增强的穿透深度和成像质量。OCA降低了高散射样品的光学不均匀性，并且照明光的波前整形控制了多次散射，从而导致穿透深度和信噪比的增强。一项组织体模研究表明，同时应用OCA和波前整形可成功用于OCT成像。进一步证明了离体小鼠耳朵的穿透深度增强，揭示了传统OCT成像无法达到的隐藏结构。
2016-10-05 physics.bio-ph physics.optics
Engineering wavefronts with machine learned structured polarization
本文提出用空间偏振调制控制波前与振幅分布，结合扩展 Gerchberg-Saxton 算法和机器学习优化设计偏振掩模，并实验验证其可简化系统。
2025-02-18 physics.optics
From amorphous speckle pattern to reconfigurable Bessel beam via wavefront shaping
贝塞尔光束是一种无衍射的光结构，可以用简单的桌面光学元件，如轴棱锥透镜或环形空间滤波器和相干激光束产生。其主要特点之一是贝塞尔光束在传输几米后仍保持其空间特性。在本文中，我们展示了一个系统和方法，用于产生贝塞尔光束从非晶散斑图案，利用自适应优化的空间光调制器。这些散斑是由通过散射幕传输的光模式产生的，并由环形滤波器选择。与所提出的策略，它是可能的，在用户定义的位置，可重构，无衍射贝塞尔光束通过无序介质。
2015-11-16 physics.optics
Wavefront shaping enables high-power multimode fiber amplifier with output control
本文提出利用空间波前整形技术控制高功率多模光纤放大器的输出光束，通过大纤芯降低光强和多模激发展宽布里渊散射谱来抑制受激布里渊散射，实现高效率、窄线宽、高相干性的衍射极限聚焦输出。
2025-04-08 physics.optics
Photoacoustic-guided reflection-mode wavefront shaping through dynamic biological tissue
King’s College London（伦敦国王学院）；University College London（伦敦大学学院）
本研究提出反射式PA-RVITM系统，结合RVITM算法与柔性多模光纤，实现生物组织同侧光声引导波前整形，透过2mm鸡胸组织将尼龙丝成像线宽缩至约102μm，推动相关技术向紧凑生物医学应用发展。
2026-10-15 physics.optics
Light and Sound Driven Wavefront Shaping and Imaging through Scattering Tissue
Laboratoire Kastler Brossel, ENS-Universite PSL, CNRS, Sorbonne Université, Collège de France（卡斯勒布罗塞尔实验室，巴黎高等师范学院-PSL大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，法兰西学院）；European Molecular Biology Laboratory（欧洲分子生物学实验室）；Nhu Department of Electrical Engineering and Computer Science, University of California, Irvine（加州大学尔湾分校电气与计算机工程阮部）
本文提出一种结合光声与荧光的双模成像方法，通过波前塑形和非线性反馈实现高分辨率和深穿透的生物组织成像。
2026-02-01 physics.optics
Wavefront Shaping of Scattering Forces Enhances Optical Trapping of Levitated Nanoparticles
研究提出通过波前整形光场来增强悬浮纳米颗粒的光学陷阱刚度，在不增加光强的情况下选择性降低非保守力并保留保守恢复力，从而提升低压稳定性，为减少量子反作用和热退相干提供了新方法。
2025-04-29 physics.optics
Influence of the absorber dimensions on wavefront shaping based on volumetric optoacoustic feedback
本研究针对基于光声反馈的浑浊介质光聚焦受可分辨散斑数限制的问题，实验测试了不同尺寸吸收微粒的光声反馈实现的光强增强，并结合散射介质深部信号增强场景讨论了结果意义。
2015-06-11 physics.optics
Controlled light scattering of a single nanoparticle by wavefront shaping
本研究通过散射矩阵分析和波前整形技术，证明了单个纳米粒子支持多个强散射本征通道，实现了对其光散射的灵活控制，为操纵场分布和光与物质相互作用开辟了新途径。
2022-09-09 physics.optics
Metasurface-on-Lithium-Niobate Architecture for Spin-decoupled Second Harmonic Wavefront Shaping
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Eastern Institute of Technology（东方理工大学）
提出一种铌酸锂上超表面架构，将二次谐波产生与波前整形分离，实现自旋解耦的光束偏转和自旋复用全息，为非线性超光学提供可扩展平台。
2026-10-05 physics.optics
Enhanced deep detection of Raman scattered light by wavefront shaping
光散射限制了非侵入式拉曼光谱在生物介质中的穿透深度。虽然安全水平的辐射可能足以分析浅表组织，但泵浦光束的散射将拉曼信号降低到组织内更深处不可检测的水平。在这里，我们展示了波前整形技术如何显着增加深度的拉曼信号，同时保持总辐照度恒定，从而增加可用于检测的拉曼信号量。
2018-09-05 physics.bio-ph physics.optics
Transmissive Metagrating for Arbitrary Wavefront Shaping Over the Full Visible Spectrum
已经证明，超聚集形成了一个灵活而有效的平台，用于极端的波前操纵，超越了梯度超表面的限制。以前的方法透射metagrates诉诸复合非对称夹杂物，以实现单通道近完美的衍射。然而，这种复杂的夹杂物是敏感的几何参数和缺乏灵活性的任意相位调制，限制应用光束偏转。在这里，我们展示了完美的酉衍射全介质透射metagratings使用矩形夹杂物通过剪裁他们的多极干涉。利用这一原理，我们通过CMOS兼容的氮化硅纳米棒的位移调制实验证明了全息图的模拟相位分布编码，表现出偏振和整个可见光范围的宽带和广角高衍射效率。具有极端的角度/波长/偏振公差和减轻结构复杂性的设计和制造，我们的演示解锁的各种实际应用的基于元光栅波前操纵的全部潜力。
2020-03-18 physics.optics
Wavefront shaping enhanced nano-optomechanics down to the quantum precision limit
提出利用波前整形优化纳米光机械测量灵敏度，在聚焦激光耦合锥形悬臂系统中实现较标准分束探测350倍信噪比提升，逼近量子精度极限。
2025-02-19 physics.optics quant-ph
Spatial wavefront shaping with a multipolar-resonant metasurface for structured illumination microscopy
针对结构光照明显微镜现有系统器件庞大、对准要求高的问题，提出基于多极共振硅纳米结构超构表面的波前调制方案，经算法优化得到7种最优照明图案，模拟验证分辨率与传统方法相当，为简化SIM实验提供新路径。
2023-09-25 physics.optics
High-Fidelity and High-Speed Wavefront Shaping by Leveraging Complex Media
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文通过利用复杂介质的稀疏到随机转换，克服了空间光调制器件的维度限制，实现了高保真和高速的波前整形，提升了投影精度和散射抑制性能。
2023-09-19 physics.optics
Dynamic mutation enhanced greedy strategy for wavefront shaping
通过散射介质的光学聚焦对于医学、通信和检测中的光学应用具有重要意义。近年来，许多波前整形方法被成功地应用到该领域，其中群体优化算法取得了显著的效果。然而，目前的种群优化算法存在一些缺陷：1.后代不能完全继承父母的优良基因。2.需要作出更多努力来调整参数。在本文中，我们提出了变异贪婪算法。它结合了贪婪策略和实时反馈的突变率来产生后代。在波前整形中，人们可以实现高增强和快速收敛，而无需参数调整过程。
2022-11-27 math.OC physics.optics
Two-Photon Lensless Micro-endoscopy with in-situ Wavefront Correction
多芯光纤束内窥镜为深度组织成像和光遗传刺激提供了微创解决方案，深度超出了传统显微镜的范围。最近，波前整形通过校正由芯到芯的不均匀性引起的波前失真来实现基于无透镜的微内窥镜。然而，当前的波前整形解决方案需要接近光纤远端以确定弯曲敏感波前校正。在这里，我们表明，它是可能的，以确定波前校正原位，没有任何远端访问。利用双光子激发荧光的非线性，我们自适应地确定波前校正原位，仅使用近端检测epi检测荧光。我们实验证明衍射限制，三维，双光子无透镜显微内窥镜与市售的有序和无序的多芯光纤束。
2018-07-11 physics.optics
Spatiotemporal focusing through a multimode fiber via time-domain wavefront shaping
我们整形fs光脉冲，并将其以单一空间模式传输到多模光纤的输入端。脉冲在时间上被整形，使得在多模光纤的输出处，超短脉冲出现在预定义的焦点处。我们的研究结果表明，如何光栅扫描超短脉冲在一个刚性的一块方形芯阶跃折射率多模光纤的输出，并以这种方式的潜力，使非线性荧光图像的场景背后的光纤，而连接到多模光纤可以建立通过薄而灵活的单模光纤。实验结果与数值模拟结果吻合较好。
2020-12-22 physics.optics
Wavefront shaping for opaque cylindrical lenses
波前整形已经彻底改变了光学成像和聚焦的概念。与人们所认为的相反，可以利用光路中的强散射来有利于通过混浊介质的光聚焦，并最终提高光学成像和光操纵能力。光整形器和适当设计的散射结构（即不透明透镜）的使用使得能够产生纳米级的受限焦点和扩展的视场。利用这一概念，我们制造可配置的散射结构的直接飞秒激光写入。适当形状的光侵入定制的结构，平行杆的光子晶格，在用户定义的位置形成光片。我们证明，我们的技术使光片与亚微米分辨率和扩展的焦深，一个显着的优势相比，现有的自由空间系统。此外，我们的方法允许将不同波长的光聚焦到相同的限定位置上，而不移动任何光学元件并校正色差。此外，我们演示了如何使用生物结构创建不透明的柱面透镜，从而揭示了光学显微镜和介观成像的潜在优势。
2016-01-29 physics.optics
Machine learning-driven complex models for wavefront shaping through multimode fibers
本文提出一种无需参考光束的机器学习方法，构建多模光纤的全复数模型（传输矩阵和神经网络），实现高保真预测与三维光束整形，并拓展至非线性Kerr传播建模。
2024-11-07 physics.optics
Mesoscopic Theory of Wavefront Shaping to Focus Waves inside Disordered Media
本研究提出无序介质内部波聚焦的波前整形介观理论，推导了聚焦后波场能量密度，揭示其与介观输运散斑关联的对应关系，并用于建模平板优化透射现象。
2024-10-14 physics.optics
Optimal Cooling of Multiple Levitated Particles through Far-Field Wavefront-Shaping
光的力量可以被用来悬浮介观物体，并将它们冷却到它们的运动量子基态。在将悬浮从单个粒子扩展到多个粒子的过程中，重要的障碍是需要不断监测粒子的位置，以及设计快速适当地对其运动做出反应的复杂光场。在这里，我们提出了一种同时解决这两个问题的方法。通过利用存储在随时间变化的散射矩阵中的信息，我们引入了一种鲁棒的形式主义，使空间调制波前的识别，同时冷却多个任意形状的悬浮物体。提出了一种基于频闪散射矩阵测量和调制光场时间自适应注入的实验实现方法。
2022-06-04 physics.optics
Wavefront shaping through a free-form scattering object
针对波前整形以往主要限于平板或波导样品的问题，本文利用柔性散射材料比较不同曲率和光束半径下的聚焦增强，提出形状无关的评价品质因数，并证明自由形状性能略优于平板。
2023-12-11 physics.app-ph physics.data-an physics.ins-det
Noninvasive linear fluorescence imaging through scattering media via wavefront shaping
我们展示了聚焦和成像通过散射介质非侵入性地使用波前整形。我们的概念是基于利用自然存在于隐藏的目标对象中的空间荧光对比度。通过扫描照射激光束的入射角并最大化来自物体的检测到的荧光信号的变化，如通过在散射介质前面的桶检测器测量的，我们能够产生紧密聚焦的激发光斑。此后，通过在被摄体上扫描焦点来获得图像。讨论了该方法的适用性要求。
2019-04-04 physics.bio-ph physics.optics
On-chip optical wavefront shaping by transverse spin induced Pancharatanam-Berry phase
本文提出一种基于导波光固有横向自旋的新型Pancharatnam-Berry几何相位，通过旋转金属纳米棒实现表面等离激元波前调控，用于片上光操纵和超紧凑光学器件设计。
2024-02-06 physics.optics
In vivo deep tissue imaging using wavefront shaping optical coherence tomography
组织中的多重光散射限制了光学相干断层扫描（OCT）成像的穿透性。在这里，我们提出了在活体小鼠的体内OCT成像，使用波前整形，以提高穿透深度。在光谱域OCT系统中使用数字微镜器件（DMD）对入射光束进行复杂的波前整形，从而使光能最佳地传递到深层组织中。鸡胸肉和小鼠耳组织的体外成像显示出图像信号强度和穿透深度的增强，活小鼠尾部的体内成像提供了组织内部的多层结构，否则在常规OCT成像中不可见。对于各种实验条件和样品，获得了3-7倍的信号增强。
2015-10-28 physics.med-ph physics.optics
Single-photon entanglement generation by wavefront shaping in a multiple-scattering medium
我们证明了在强散射介质中传输的多个空间模式之间的单光子纠缠的控制。散射矩阵的测量允许光子的波前被成形以补偿由多个散射事件引起的失真。因此，光子可以相干地被引导到单模或多模输出。使用这种方法，我们展示了如何在不同的模式纠缠可以操纵，尽管散射介质所造成的巨大的波前扰动。
2014-01-16 physics.optics quant-ph
Mitigating stimulated Brillouin scattering in multimode fibers with focused output via wavefront shaping
该研究跳出单模光纤范式，通过对入射高多模光纤的相干光进行波前整形，将受激布里渊散射功率阈值提升一个数量级并控制输出光束轮廓，为高功率光纤系统的功率 scaling 提供了新路径。
2023-05-04 physics.optics
