Getting beneath the surface of opaque media: universal structure of transmission eigenchannels
由于探索不透明材料的愿望通常会受到波的多次散射的阻碍，因此注意力集中在波场的传输矩阵上。该矩阵给出了传输和电导的最充分的帐户，并使传输通量的控制，但是，它不能解决样品内的传输矩阵的本征通道的空间分布的基本问题。在这里，我们得到了一个普遍的表达式的平均配置的能量的传输本征通道的扩散波的辅助本地化长度确定相应的传输本征值。每个本征通道的空间分布被示出为广义扩散方程的解。这些结果揭示了传输本征通道的丰富结构，使波的传播和能量分布的随机介质中的控制。
2015-02-12 cond-mat.dis-nn physics.optics
Nonlinear Transfer of Intense Few Cycle Terahertz Pulse Through Opaque n-doped Si
强的几个周期的太赫兹脉冲在与重n掺杂Si的相互作用下表现出复杂的非线性行为。对于5 MV/cm的外场，700 fs脉冲（中心频率1.5THz）通过Si样品（0：02%的低场透射率）的透射率的快速增加在8%处饱和，然后在20 MV/cm处下降两倍。电光采样测量揭示了由于太赫兹场的第一次强烈振荡形成薄电离层而在该场形成单周期太赫兹脉冲。
2018-05-24 physics.optics
Sub-Nyquist sampling boosts targeted light transport through opaque scattering media
光学时间反转技术正在积极发展，以聚焦光通过或内部不透明的散射介质。当应用于生物组织时，这些技术有望通过实现深层组织非侵入性光学成像、光遗传学、光镊和光动力学治疗来彻底改变生物光子学。在以往的光学时间反演实验中，在波前测量和波前重建过程中，散射光场都是按照奈奎斯特采样准则进行良好采样的。在这里，我们推翻了这种传统的做法，证明即使当散射场采样不足，光仍然可以通过或内部不透明介质聚焦。更令人惊讶的是，我们从理论上和实验上表明，通过欠采样实现的焦点通常比通过传统的良好采样条件实现的焦点亮一个数量级。此外，子奈奎斯特采样提高了散射光的信噪比和收集效率。我们预计，这种新探索的欠采样方案将改变对光学时间反演的理解，并通过不透明的散射介质提高光学成像，操纵和通信的性能。
2016-11-03 physics.bio-ph physics.optics
Programmable multiport optical circuits in opaque scattering materials
本文提出并实验验证了一种通过入射波前的相位调制来编程计算随机多重散射材料中一般多端口线性光路的有效传输矩阵的方法。我们证明了我们的方法的权力，通过编程线性光学电路在白色油漆层2输入和2输出，2输入和3输出。使用干涉技术，我们验证我们的能力，任何所需的输出之间的相位关系的程序。该方法以确定性的方式工作，并且可以直接应用于现有的波前整形设置，而不需要测量传输矩阵或依赖于敏感的干扰测量。
2014-08-08 physics.optics
Programmable two-photon quantum interference in $10^3$ channels in opaque scattering media
我们研究了不透明散射介质中的双光子量子干涉，该介质本质上支持$10^6$传输通道。通过入射波前的自适应空间相位调制，光子被引导到目标散斑点或输出通道。从$10^3$实验可用的耦合通道中，我们选择了两个通道，并增强了它们的传输，实现了一个完全可编程的$2\times2$分束器的等效。通过从参量下转换源发送单光子对通过不透明散射介质，我们观察到双光子量子干涉。编程的分束器不需要在两个选定的输出通道上实现能量守恒，因此可以是非单一的。因此，我们可以自由地将量子干涉从聚束（Hong-Ou-Mandel类）调整到反聚束。我们的研究结果建立了不透明的散射介质作为一个平台的高维量子干涉，这是显着相关的玻色子采样和基于物理密钥的认证。
2015-11-03 physics.optics quant-ph
Control of mesoscopic transport by modifying transmission channels in opaque media
虽然在受限几何形状中控制粒子扩散是自然和人工系统都采用的流行方法，但它尚未被广泛用于控制随机介质中的光传输，其中波干涉效应起着关键作用。透射本征通道不仅决定了光在无序系统中的传播，而且决定了光在无序系统中能量的集中程度。在这里，我们提出并证明了一种有效的方法来修改这些通道，其结构被认为是通用的，在传统的扩散波导。通过调整波导的几何形状，我们能够改变传输本征通道的空间分布显着和确定性的通用。此外，通过使波导横截面逐渐变细，传播信道可以被转换为渐逝信道，反之亦然。我们的方法不仅允许控制透射光和反射光，而且允许控制散射系统内部的能量密度的深度分布。在特定的几何形状中，创建完美的反射通道，并且它们进入混浊介质的大穿透深度以及探测光到输入端的完全返回将极大地有益于感测和成像应用。吸收以及几何形状可以进一步用于调谐随机系统内的能量通量的衰减长度，这在具有均匀横截面的普通波导中无法实现。我们的方法只依赖于受限的几何形状，不需要任何修改的内在无序，因此它适用于各种系统，也适用于其他类型的波。
2015-11-28 physics.optics
Non-invasive dynamic or wide-field imaging through opaque layers and around corners
在混浊介质中，光的光的散射扰乱了入射光束的信息，并且表示对光学成像的障碍。由于不可靠的图像重建过程，通过不透明层的非侵入性成像对于动态和宽视场对象是具有挑战性的。在这里，我们提出了一个新的视角来解决这些问题：而不是使用全点扩散函数（PSF），在散射层中的波失真可以表征只有相位的光学传递函数（OTF，傅里叶变换的PSF），衍射极限图像可以解析求解。然后，我们开发了一种方法，利用冗余信息的动态对象，并可以可靠和快速恢复OTF的相位在几个迭代。它不仅可以对隐藏在混浊介质中的运动物体进行25 ~ 200 Hz的无创视频成像，而且可以在弱照明下成像，这是以前的方法无法实现的。此外，通过扫描物平面上的局部照明，我们提出了一种宽场成像方法，与此同时，我们展示了一个应用程序，其中隐藏在四层不透明聚乙烯薄膜后面的光致发光样品与修改后的多光子激发显微镜设置成像。
2018-10-16 physics.optics
Electromagnetically Transmissive and Thermally Opaque Engineered Microwave Interconnect
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程技术大学）；University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）
本研究提出一种单导体微波互连，通过周期性碎片化金属岛并利用奇对称赝表面等离激元模式，实现电磁透射与热隔离，热导率较连续微带线降低40倍。
2026-10-08 physics.optics
Controlling the propagation of light in disordered scattering media
本论文描述了利用波前整形来引导光通过强散射材料的实验工作。我们发现，散射不会不可逆地扰乱入射波。通过整形入射波阵面，我们使不透明物体像无像差透镜一样清晰地聚焦光。我们使用来自不透明物体后面或内部的目标的反馈来塑造入射波。通过这种方式，光线第一次通过或在不透明的物体内部聚焦。
2008-07-03 physics.gen-ph physics.optics
Transmission of Slow Light through Photonic Crystal Waveguide Bends
在平板型绝缘体上硅系统中研究了光子晶体（PhC）波导中60度弯曲的弯曲损耗与光谱的关系。在对应于几乎无色散传输状态的波长处测量到（0.05+/-0.03）dB/弯曲的超低弯曲损耗。相比之下，发现对于对应于慢光制度的波长范围，PhC弯曲变得完全不透明。提出了一种通用策略，并进行了实验验证，以优化弯曲设计，改善慢光传输。
2005-10-14 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
Exploit imaging through opaque wall via deep learning
通过散射介质成像在许多学科或科学中遇到，从生物学，介观物理学和天文学。但是，由于光在这种介质中会受到多次散射，并且可以完全去相关，因此这仍然是一个很大的挑战。在这里，我们提出了一种基于深度学习的方法，可以检索厚散射介质后面的目标图像。该方法使用训练的深度神经网络来拟合将厚散射介质一侧的对象映射到在另一侧观察到的对应散斑图案的方式。为了演示，我们检索了隐藏在3mm厚的白色聚苯乙烯板后面的一组物体的图像，该板的光学深度是散射平均自由程的13.4倍。我们的工作通过使用深度学习技术来解决长期存在的挑战开辟了一条新的途径。
2017-08-09 cs.NE physics.optics
Refractive-index tomography of opaque tissue from its own backscattered light
Korea University（高丽大学）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Korea Electrotechnology Research Institute (KERI)（韩国电子技术研究研究所）；Pusan National University（釜山国立大学）
研究利用分治逆散射框架，从背向散射光恢复传输信息，重建细胞3D RI，无需双侧光接入，实现对活体组织细胞的无损纵向成像，如在工程组织和活体小鼠中成像并量化骨细胞干质量。
2026-07-08 physics.optics
Single-pixel transmission matrix recovery via 2-photon fluorescence
针对不透明材料深度成像难题，提出基于双光子荧光的非侵入式单像素传输矩阵恢复方法，可实现多导星单目标聚焦，且利用记忆效应假设能减少测量次数。
2023-05-05 physics.optics
Behaviour of light transmission channels in random media with inhomogeneous disorder
本文对非均匀无序随机介质中的光输运特性和传输信道的统计特性进行了数值研究。对于无序纵向不均匀性的情况，我们发现传输通道的统计分布与不均匀性无关，并且该系统可以等效为具有均匀无序强度的对应系统，两者具有相同的传输通道统计分布。然而，对于横向不均匀无序的情况，这种等价性并不存在，而且，由于空间结构引起较大和较小的透射入射通道，透射本征值被推向分布的两端，总透射的分布变宽。
2016-01-06 physics.optics
Zero reflection and transmission in graded index media
梯度折射率介质的电极化率满足空间Kramers-Kronig关系，已知对于所有入射角，对电磁辐射是单向无反射的。我们演示了如何一个家庭的这些媒体，除了被反射，也有可以忽略不计的传输。为此，我们讨论如何通过介质的介电常数是建立从极点在复杂的位置平面，与剩余的总和为无穷大的波的传播的传输系数，可以通过调整的位置和剩余的极点控制。特别是，我们已经展示了如何使传输任意小，从而最大限度地吸收波的能量。数值模拟证实了这种行为。
2017-07-18 physics.optics
Nonlinear transmission matrices of random optical media
具有定制光学特性的随机介质在成像、生物物理、能源、纳米医学、光谱学、密码学和电信等领域的应用正引起人们的极大兴趣。基于这类材料的器件的一个关键范例是传输矩阵，输入和输出信号之间的张量联系，它完全描述了它们的光学行为。传输矩阵具有特定的统计性质，因为存在无损信道，可以用来传输信息，并且由无序分布决定。在非线性材料中，这些通道可以被调制，并且传输矩阵可以相应地被调谐。在这里，我们报告的非线性传输矩阵的复杂材料的直接测量，利用散射二氧化硅气凝胶（SA）的强光热非线性。我们表明，由于非线性的失相效应是可控的和可逆的，打开道路的应用程序的基础上的非线性响应的随机介质。
2019-01-14 physics.optics
Transmission of Light in Crystals with different homogeneity: Using Shannon Index in Photonic Media
光在非均匀光子介质中的传输受到介质中衍射元件分布的强烈影响。本文从理论上证明，在柱状光子晶体结构中，一旦用统计学、生态学和信息熵中广泛采用的Shannon指数来衡量光子晶体结构的均匀性程度，光的透射率和柱状分布的均匀性就以简单的线性规律相关联。统计分析表明，光在这种介质中的透射率与其均匀性呈线性关系：结构越均匀，透射的光就越多。利用所发现的线性关系，可以预测光在随机光子结构中的传输。由于光子介质与光的相似性，该结果可用于固体中电子输运的研究，而且还可用于与光伏器件耦合的用于捕获光的散射层的工程设计。
2010-06-25 physics.optics
Light Focusing and Two-Dimensional Imaging Through Scattering Media using the Photoacoustic Transmission-Matrix with an Ultrasound Array
我们实现了光声传输矩阵的方法上的二维光声成像系统，使用15 MHz的线性超声阵列。使用一个黑色的叶子骨架作为一个复杂的吸收结构，我们证明了光声传输矩阵的方法可以揭示结构特征，是不可见的，在传统的光声图像，以及选择性地控制光聚焦在吸收目标，导致局部增强的光声信号。
2014-02-03 physics.optics
Broadband Coherent Enhancement of Transmission and Absorption in Disordered Media
研究了宽带或多色光在无序介质中的最佳漫透射和吸收。通过引入描述宽带传输和反射的矩阵，我们建立了一个极值特征值问题，其中最佳输入波前由相应的特征向量给出。我们分析表明，一个单一的波前可以表现出强烈增强的总传输或总吸收的带宽是数量级宽于介质的光谱相关宽度，由于在相干扩散的长程相关性。我们发现解析理论和数值模拟之间的良好协议。
2015-09-10 physics.optics
Strongly Resonant Transmission of Electromagnetic Radiation in Periodic Anisotropic Layered Media
利用各向异性材料可以调整周期性层状介质中的电磁色散，并显著改善其谐振特性。具有分裂成两个部分的光子带边缘（或所谓的分裂带边缘）的周期性结构表现出优异的谐振特性，包括透射谐振的异常高的Q值和边界处的几乎完美的阻抗匹配，即使当单位单元的数量N不大时也是如此。在N=12的形状双折射层的周期性叠层中实现了Q~220的微波传输谐振。
2007-09-25 physics.optics
Enhanced stability of the focus obtained by wavefront optimization in dynamical scattering media
使用波前整形聚焦散射光提供了有趣的视角，以在不透明样品中深入成像，例如在非线性荧光显微镜中。将这些技术应用于体内成像仍然具有挑战性，因为散斑在深度上的去相关时间很短，因为必须在去相关时间的量级内实现聚焦和成像。在本文中，我们的实验研究聚焦后，通过动态散射介质，迭代波前优化和散斑去相关发生在同一时间尺度上的焦点寿命。我们展示了实验情况的散射序列的异质稳定性，其中的重点提出了显着更高的稳定性比周围的斑点。
2019-05-09 physics.optics
Manipulating the transmission matrix of scattering media for nonlinear imaging beyond the memory effect
散射介质的透射矩阵（TM）的测量对于成像是非常感兴趣的。它可以通过使用内部参考波前的干涉测量法直接获得。不幸的是，内部参考场被介质散射，这导致散斑，使得TM测量在输出视场上不均匀。我们演示了如何使用TM的固有特性来校正这种效应。对于薄散射介质，我们利用介质的记忆效应和参考散斑来创建校正的TM。对于高散射介质的记忆效应可以忽略不计，我们使用互补的参考散斑组成一个新的TM，不妥协的散斑参考了。利用这种校正，我们证明了大视场的二次谐波产生成像通过厚的生物介质。
2019-04-24 physics.optics
Deterministic light focusing in space and time through multiple scattering media with a Time-Resolved Transmission Matrix approach
本文报道了一种通过测量超短光脉冲在多重散射介质中的时间分辨传输矩阵来表征其传输特性的方法。这种方法是基于使用的空间光调制器连同相干时间选通检测的透射散斑场。利用这个矩阵，我们证明了在介质后的空间和时间中的任意位置处的散射脉冲的聚焦。我们的方法为无序介质中的成像和相干控制的基础研究和应用开辟了新的视角。
2016-10-04 physics.optics
Transmission channels for light in absorbing random media: from diffusive to ballistic-like transport
虽然光的吸收在自然界和应用中无处不在，但问题仍然是吸收如何改变随机介质中的传输通道。数值研究了光吸收对二维无序波导中最大透射通道和最小反射通道的影响。在弱吸收区，当系统长度小于扩散吸收长度时，最大透射通道由扩散输运主导，并且它相当于最小反射通道。它的频率带宽由潜在的准模宽度决定。然而，当吸收较强时，光在最大透射通道中的输运经历急剧转变，成为弹道式输运。它的频率带宽随着吸收而增加，并且精确的缩放随着样品的实现而变化。最小反射通道变得不同于最大透射通道，并且变得由吸收主导。与直觉相反，我们在一些样品中观察到最小反射本征值随吸收而增加。我们的结果表明，强吸收将随机介质中的开放通道从扩散型转变为弹道型。
2014-01-22 physics.optics
Modification of light transmission channels by inhomogeneous absorption in random media
光学吸收是无所不在的，并且经常在空间中不均匀地分布。数值研究了高散射介质中非均匀吸收对光传输本征通道的影响。在弱吸收状态下，传输通道的空间分布保持与没有吸收的空间分布非常相似，并且非均匀吸收的效果可以比均匀吸收更强或更弱，这取决于局部吸收区域与通道的场强度最大值的空间重叠。在强吸收区，高传输通道将能量流重定向以绕过吸收区，从而使损耗最小化。无论吸收区的位置如何，非均匀吸收对高传输信道的衰减都低于均匀吸收对高传输信道的衰减。前者的透射特征值的统计分布变得比后者更宽，这是由于在高透射下尾部更长。由于最大透射通道在绕过吸收区方面是最有效的，因此其透射率与平均透射率的比率随着吸收而增加，最终超过没有吸收的比率。
2015-03-03 physics.optics
Measuring the Transmission Matrix in Optics : An Approach to the Study and Control of Light Propagation in Disordered Media
介绍了一种光学中复杂介质单色传输矩阵的实验测量方法。这种方法是基于空间相位调制器连同相机上的全场干涉测量。我们确定了厚随机散射样品的透射矩阵。我们表明，该矩阵具有良好的协议与随机矩阵理论的统计特性，并允许通过随机介质的光聚焦和成像。这种方法可能对复杂介质的介观性质有重要的认识。
2010-01-18 physics.optics
Imaging through scattering media by exploiting the optical memory effect: a tutorial
本教程介绍如何利用光的多重散射相关性知识，实现通过强散射层的非侵入式成像，并重点讲解实验运行的实际细节。
2024-04-22 physics.optics
Energy-leaky modes in partially measured scattering matrices of disordered media
本文研究了由复杂介质散射矩阵的不完全测量引起的能量漏模。由于光学系统的数值孔径有限，在漫射状态下访问理论上预测的完美传输信道在实验上具有挑战性。通过对散射矩阵进行数值模拟，我们证明了TM中未收集传输的漏模提供了比测量预测的更强的能量传输。另一方面，在RM的部分测量中源自未收集的反射的泄漏模式强烈地抑制通过零反射通道的能量传输，将传输增强限制为在有限的光学系统中不超过5倍的增强。我们的研究提供了有用的见解，通过散射介质的能量传输的有效控制和实际计划的最终限制。
2016-01-08 physics.optics
Controlling Light Through Optical Disordered Media : Transmission Matrix Approach
利用空间光调制器和相移干涉测量方法，对光学多重散射介质的单色透射矩阵进行了实验测量。TM包含任意塑造散射输出场或通过介质检测图像所需的所有信息。我们面对这些应用程序的理论和实验，我们研究的重建方法上的噪声的影响。我们还从TM中提取了介质的统计特性和光在其中的输运信息，特别是能够分离出记忆效应（ME）的贡献并测量其衰减长度。
2011-11-15 physics.optics
Controlling Light Transmission Through Highly Scattering Media Using Semi-Definite Programming as a Phase Retrieval Computation Method
介绍了复半定规划（SDP）作为一种新的相位恢复方法，使单色光通过高散射介质的传输控制。在简单的光学设置中，空间光调制器用于生成相位调制波前的随机序列，并且在相机上获取透射光中的所得强度散斑图案。SDP算法允许从该仅强度测量序列计算系统的复传输矩阵，而不需要参考光束。一旦确定了传输矩阵，就计算出将入射光束聚焦到散射介质远侧上的任何位置或位置序列的最佳波前，而不需要任何后续测量或波前整形迭代。所需的测量次数和焦点处强度的增强程度由空间光调制器控制的像素数量决定。
2017-05-01 physics.optics
Transmission matrix approaches for non-linear fluorescence excitation through multiple scattering media
提出了几种矩阵方法来控制超短光脉冲照射下光在多重散射介质中的传播。这些矩阵可以用光谱或时间分辨率记录。由于波前整形，时间和空间重新聚焦已被证明。在这项工作中，我们研究如何利用这些不同的方法来增强双光子激发荧光过程。我们首先比较了微米大小的隔离荧光珠的不同技术。然后，我们展示了点扫描成像的荧光微珠位于厚的散射介质后，在深度，传统的成像将是不可能的，因为散射效应。
2018-06-07 physics.optics
Controlling transmission eigenchannels in random media by edge reflection
传输本征通道和相关本征值是随机介质中波传播的一个完整的理论依据，近年来已成为理论光学和应用光学的一个重要课题。在这里，我们证明，无论是分析和数值，在准一维（$1$ D）扩散样品，其行为主要是由样品边缘的反射，而不是由反射系数本身的绝对值的不对称性。我们发现，存在着一个阈值的不对称参数，低于该阈值存在高传输本征信道，引起的传输本征值，$ρ({\cal T}\rightarrow 1)\sim(1-{\cal T})^{-\frac{1}{2}}$的分布中的奇异性。在阈值处，$ρ({\cal T})$表现出具有明显奇异性$\sim(1-{\cal T})^{-\frac{1}{3}}$的临界统计;在阈值以上，高传输本征信道消失，并且对于超过最大传输本征值的${\cal T}$，$ρ({\cal T})$消失。我们表明，这种统计行为的传输本征值可以解释的有效腔（谐振腔），类似于那些在其中的状态被困在$1$ D强安德森局域化。特别地，$ρ( \mathcal{T}) $ -跃迁可以映射到具有从样品中心到具有较强反射的边缘的完美透射率的谐振器的洗牌上。我们还发现了一个类似的过渡在$1$ D分层样品的共振透射率的分布。这些结果揭示了扩散系统中高透射本征通道与$1$ D强安德森局域化之间的物理联系。它们为实际有用的应用开辟了一个新的机会：通过调整不透明介质与环境的耦合来控制其透明度。
2015-06-11 physics.optics
Controlling light in complex media beyond the acoustic diffraction-limit using the acousto-optic transmission matrix
用光研究复杂样品的内部结构是一项重要的任务，但由于光散射，这是一项艰巨的挑战。虽然多重散射引起的复杂光学畸变可以通过介质的散射矩阵的知识有效地消除，但是该矩阵通常是未知的，并且在所有感兴趣的点处不存在荧光或吸收探针的情况下不能以高分辨率测量。为了克服这些局限性，我们在这里介绍的声光传输矩阵（AOTM）的概念。利用超声波在复杂样品中的近无散射传播，我们非侵入性地测量超声编码的，空间分辨的光学散射矩阵。我们表明，奇异值分解分析的AOTM，获得使用单个或多个超声波束，允许控制光学聚焦超过散射介质中的声衍射极限。我们的方法提供了一个通用的框架，分析声光实验，非侵入性的，高分辨率的复杂介质的研究。
2017-07-08 physics.optics
Controlling light in scattering media noninvasively using the photo-acoustic transmission-matrix
光学波前整形已经成为一种强散射介质中操纵光的有力工具。它能够在传统显微镜技术无法实现的深度进行衍射限制聚焦和成像。然而，尽管迄今为止大多数波前整形工作都利用了直接接近目标或植入探针的方法，但挑战在于将其非侵入性地应用于复杂样品中。超声标记技术最近已被证明，但这些需要一个连续的逐点采集，成像应用的一个主要缺点。在这里，我们介绍了一种新的方法来非侵入性地测量散射介质内的光传输矩阵，利用光声效应。我们的方法允许第一次同时歧视，本地化，并选择性地将光聚焦在散射样品内的多个目标上，以及恢复和利用散射介质的特性。将传输矩阵的强大方法与光声成像的优点相结合，开辟了利用内源性光学对比度进行深层组织成像和光传输的途径。
2013-05-27 physics.optics
Light scattering control in transmission and reflection with neural networks
散射通常限制了在诸如生物医学成像、光遗传学、光学捕获和光纤通信或成像等应用中的光的受控递送。这种散射可以通过适当地成形进入材料的光波前来控制。在这里，我们展示了一种用于灯光控制的机器学习方法。利用成对的二进制强度图案和强度测量，我们训练神经网络（NN），以提供必要的波前校正，以形成散射体后的光束。此外，我们证明，神经网络可以用来找到一个功能之间的关系，透射和反射的散斑图案。作为这种关系的有效性的证明，我们证明了通过不透明介质使用反射光传输的光的聚焦和扫描。我们的方法证明了神经网络的多功能性，用于光整形和有效灵活地校正散射。特别是，基于反射光的传输控制的可行性为光学成像，传感和光传输的应用开辟了新的机会。
2019-02-17 physics.optics
Customized anti-reflection structure for perfect transmission through complex media
掌握无序环境对波传播的不利影响是一个跨学科的努力，跨越不同的研究领域，从电信\cite{basar_wireless_2019}和生物医学成像\cite{kubby_wavefront_2019}到地震学\cite{Campillo2003}和材料工程\cite{Chen2010,Molesky2018}。波前整形技术非常有希望克服波散射的影响，因为即使是不透明的介质也具有开放的通道，入射光完全透射\cite{Dorokhov1984,Gerardin2014,Sarma2016,Jeong18}。然而，由于该特征被限制为仅明智地设计的状态的一小部分，因此对于任何入射光场，使不透明的样品半透明仍然是遥不可及的。在这里，我们表明，由随机组装的散射元件组成的无结构的介质可以完全传输到所有的入射波阵面通过把一个定制的补充medium.This特殊的情况下实现时，两个介质表面的反射矩阵面对对方满足临界耦合条件的矩阵推广。我们实现这个协议的数值和实验的电磁波导的设计与几十个散射元件放置在他们里面。我们在这里介绍的半透明散射介质也具有能够在其内部存储入射辐射非常长的时间的有前途的属性。
2022-03-10 cond-mat.dis-nn physics.optics
Translation correlations in anisotropically scattering media
通过波前整形来控制光在散射介质中的传播对于广泛的通信和成像应用具有很大的希望。然而，当输入和输出散射波前之间的映射（即传输矩阵）未知时，找到正确的波前来成形是一个挑战。传输矩阵中的相关性，特别是所谓的记忆效应，已经被用来解决这个限制。然而，传统的记忆效应适用于距离目标一定距离的薄散射层，这排除了其在厚散射介质（如雾和生物组织）中的使用。在这里，我们从理论上预测和实验验证厚各向异性散射介质内的新的传输矩阵的相关性，生物医学成像和自适应光学的重要影响。
2015-06-09 physics.optics
Broadband Control of Light through Complex Media via Automatic Self-Referencing Transmission Matrix Characterisation
School of Electrical Engineering and Computer Science, The University of Queensland（昆士兰大学电气与计算机工程学院）
本文提出基于空间态层析的自动自参考传输矩阵测量技术，规避传统外部参考的限制，在多模光纤不同光源 regime 下实现完整传输矩阵恢复与高保真光束整形，拓展复杂介质光控制至宽带应用。
2026-08-03 physics.optics
Homogenization of Layered Media: Intrinsic and Extrinsic Symmetry Breaking
周期性电磁结构的一般均匀化过程，当应用到分层介质与非对称晶格细胞，产生一个有效的磁电耦合张量。即使在经典有效介质理论失效的情况下，也能得到透射和反射的精确结果。当从两个相对侧照射非对称结构时，磁电耦合占反射和透射中的对称性破缺。
2020-03-18 physics.optics
Reciprocity-induced symmetry in the round-trip transmission through complex systems
互易性是波动物理学的一个基本原理，直接关系到交换输入和输出时通过系统传输的对称性。相干传输矩阵是描述波在一般介质中传输特性的一种简便方法。在这里，我们证明了复杂介质的光学互易性质，通过探索他们的TM属性。我们测量了相位校正TM的前向和往返传播通过一个循环的1米长的阶跃折射率多模光纤（MMF），以实验验证前向和后向传输之间的转置关系。这种对称性阻碍了直接从往返TM的近端测量进行MMF校准。此外，我们展示了如何通过数字光学相位共轭的MMF聚焦受到系统损耗的影响，因为时间可逆性依赖于功率守恒。这些见解可以通过复杂介质和光子系统中波的相干控制来开发新的成像技术。
2020-07-14 physics.optics
Plane-Wave Reflection and Transmission at Arbitrarily Oriented and Charged Planar Interfaces between Lossy Isotropic Media
本文提出了一种计算带电平面界面处平面波反射和透射的通用算法，通过复波矢量分解和复角定义，实现对复波矢量和电场的快速准确计算，并应用于遥感和电磁波吸收领域。
2026-02-21 physics.optics
Nonreciprocal Transmission in Nonlinear PT-Symmetric Metamaterials Using Epsilon-near-Zero Media Doped with Defects
非互易传输形成了光二极管和隔离器的基本工作机制，需要打破洛伦兹互易定律。在这项工作中，强非互易传输证明了通过使用紧凑的非线性宇称时间（PT）对称系统的基础上的ε近零（ENZ）材料光子掺杂的增益和损耗的缺陷和分离的空气隙。由于缺陷中的强电场限制，该可缩放配置的非线性响应在相对低的光强度下被触发。从相反的入射方向激发时实现的极端不对称的场分布，结合所提出的系统的增强的非线性特性，导致显着的自感非互易传输。级联配置与优化的几何尺寸用于实现自诱导非互易传输与最大的对比度，理想的设计新的全光二极管。所提出的鲁棒非互易响应发生在一个频率稍微偏离异常点，但没有打破PT对称相位，不同的相比，以前的作品。这项工作的结果可以有大量的应用，如非互易性涂层，用于保护源或其他敏感设备免受外部脉冲信号，循环器和隔离器。
2019-07-30 physics.optics
Fluctuations and correlations of transmission eigenchannels in diffusive media
扩散系统的传输本征通道的选择性激发使得能够操纵其内能分布。然而，到目前为止，本征通道的空间分布的波动和相关性仍然是未知的。在这里，我们表明，高传输本征通道的深度配置文件表现出低的实现到实现的波动。此外，我们的实验和数值研究揭示了通道间的相关性，这是低传输本征通道的存在。由于高传输本征通道是鲁棒的，并且独立于其他本征通道，因此它们可以可靠地将能量传递到混浊介质的深处。
2020-10-14 cond-mat.dis-nn physics.optics
Light Focusing through Dynamic Media via Real-Valued Intensity Transmission Matrix
本文系统研究了实值强度传输矩阵（RVITM）在动态散射介质中的光聚焦性能，表征了聚焦增强与速度的权衡，并在去相关时间短至13 ms的猪肝组织中用33 ms运行时间实现了有效聚焦，为生物医学非侵入光控制提供了实用指导。
2025-11-10 physics.optics
Measuring optical transmission matrices by wavefront shaping
介绍了一种简单实用的测量复杂介质光传输矩阵的方法。通过调制入射到复杂介质上的光束的波前并成像透射的全场散斑强度图案来获得复杂介质的光学TM。使用检索到的TM，我们演示了通过复杂的介质按需多个焦点的生成和线性组合。这种方法将被用作一个通用的工具，通过混浊介质的波的相干控制。
2015-02-17 physics.optics
Coherent control of total transmission of light through disordered media
我们展示了通过对输入光的波前进行整形来实现对光在随机介质中的总透射率的数量级相干控制。要了解如何在一个宽板上的有限照明区域影响总传输的最大值，我们开发了一个模型，基于随机矩阵理论，揭示了长程相关性的作用。它的预测得到了数值模拟的证实，并为实验结果提供了物理见解。
2013-12-03 cond-mat.dis-nn physics.optics
Scanning a focus through scattering media without using the optical memory effect
波前整形使得可以通过不透明的散射材料形成焦点。在某些情况下，可以使用光学记忆效应在小距离上扫描该焦点。然而，在许多感兴趣的情况下，光学记忆效应具有有限的范围或甚至太小而无法测量。在这种情况下，人们通常采取测量样品的全透射矩阵（TM）来完全控制光透射。然而，这个过程是耗时的，并且可能并不总是可行的。我们介绍了一种新的方法，聚焦和扫描的焦点在任何任意位置的介质后面的传输矩阵，称为稀疏场聚焦（SFF）的测量只有一个子集。利用SFF，扫描范围不限于记忆效应，并且不需要测量完整的传输矩阵。我们的实验结果与我们的理论模型吻合得很好。我们期望这种方法能在散射介质成像中得到应用，特别是在光记忆效应范围较小时。
2019-08-22 physics.optics
Momentum selection for enhanced adaptive focusing through semi-transparent media
自适应光学可以通过补偿穿过散射幕时获得的随机相位延迟来聚焦穿过不透明介质的光。该技术通常在许多领域中使用，包括天体物理学，显微镜，生物医学和生物学。混浊透镜能够产生分辨率高于传统光学系统的焦点，但它有一个基本的限制：为了获得清晰的焦点，必须在光路中引入强散射介质。实际上，紧密聚焦需要强散射，因此，只有弱透射样品才能获得高分辨率聚焦。这里，我们公开了一种前所未有的现象，其允许甚至通过在具有半透明材料的光束路径中引入最小量的散射来获得高度集中的光斑。通过过滤透射光束的伪弹道分量，我们能够在实验上克服自适应聚焦分辨率的限制，将光聚集在直径为原始散斑颗粒的三分之一的光斑上。
2015-06-23 physics.optics
Transmission Lines Emulating Moving Media
在本文中，我们展示了如何在移动磁介质中的电磁现象，可以模拟使用人工复合结构在休息。特别是，我们引入非互易周期性加载传输线，它支持在运动介质中遵循与平面电磁波相同规则的波。因为实际的物理结构是静止的，在这些传输线中，对速度值没有基本的限制，速度值可以取大于光速的值，甚至可以取复值（考虑时谐状态下的复振幅）。一个“移动”传输线的单元格的一个例子电路，并进行了数值和实验分析。对复合左右手主线的特殊情况也进行了数值研究。除了基本的兴趣，这项研究是相关的潜在应用，在实现工程材料的各种电磁场的转换。
2014-10-01 physics.class-ph physics.optics
Backscatter analysis based algorithms for increasing transmission through highly-scattering random media using phase-only modulated wavefronts
最近的理论和实验进展揭示了在强后向散射随机介质中存在所谓的“完全透射”波前，其透射系数接近1。这些完全透射的本征波前可以通过空间振幅和相位调制来合成。在这里，我们考虑使用相位调制波前的传输增强的问题。我们开发了物理上可实现的迭代和非迭代算法，通过这种随机介质使用后向散射分析增加传输。我们从理论上表明，尽管只有相位调制约束，非迭代算法将实现至少约25 $π$ %或约78.5%的传输假设有至少一个完美的传输本征波前和传输矩阵的奇异向量服从最大熵原理，使它们是各向同性随机的。我们用完全光谱精确的模拟器数值分析了二维相位调制传输的极限，并提供了严格的数值证据，证实了我们在具有周期性边界条件的随机介质中的理论预测，该介质由数十万个非吸收散射体组成。我们通过数值模拟表明，我们已经开发的迭代算法收敛迅速，产生高透射波前使用相对较少的测量的后向散射场。具体地，在非迭代算法产生约78.5%的透射率但需要测量整个模态反射矩阵的情况下，最佳性能的迭代算法仅使用15-20次测量就产生约70%的透射率。
2014-06-20 cond-mat.dis-nn physics.optics
Transmission eigenchannels and the densities of states of random media
我们在微波测量和计算机模拟表明，传输矩阵的每个本征通道的状态密度（DOS）的贡献是与角频率的复合相移的导数。从传输本征通道确定的DOS的测量的准确性确认的协议与DOS从现场分解成模式。在安德森局域化转变中，作为无核数基础的DOS的分布被显著加宽。我们发现了一个交叉从常数到指数标度的波动规范化的DOS的平均值。这些结果阐明了复杂介质中散射、储能和动力学之间的关系。
2015-02-12 cond-mat.dis-nn physics.optics
Temporal light control in complex media through the singular value decomposition of the time-gated transmission matrix
超短光脉冲在多重散射介质中传播的复杂时间行为可以通过时间选通传输矩阵进行实验表征。使用空间光调制器，我们在这里证明，该矩阵的奇异向量的注入使我们能够最佳地控制能量沉积在任何可控的延迟时间。我们的方法提供了多光谱光散射的基本方面的见解，并可以在成像或相干控制中找到应用。
2022-02-03 cond-mat.dis-nn physics.optics
Perfect Transmission through Disordered Media
波通过随机选择的“一堆板”的传输通常随板的数量呈指数下降，这一现象与安德森局域化密切相关。在明显的矛盾，我们构建无序的平面介电常数的配置文件是复杂的价值观（即有反应和耗散属性），似乎随位置随机变化，但单向反射的所有角度的入射，并表现出传输系数的统一。我们对比这些复值的“随机”平面介电常数配置文件与一个家庭的实值，双向无反射和完美的传输无序介电常数配置文件，功能只为一个单一的入射角和频率。
2017-04-28 physics.class-ph physics.optics
