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
Correlation-enhanced control of wave focusing in disordered media
物理学中的一个基本挑战是控制波在无序介质中的传播，尽管来自不均匀性的强散射。空间光调制器使人们能够合成（成形）入射波前，优化多径干涉以实现特定行为，例如将光聚焦到目标区域。然而，当目标区域比波长大得多并且包含许多散斑时，可实现的控制的程度是未知的。在这里，我们表明，对于目标包含超过$g$散斑，其中$g$是无量纲电导，传输控制的程度大大增强的散斑之间的长程介观相关性。使用一个过滤的随机矩阵合奏适当的相干扩散在开放的几何形状，我们预测的传输本征值的全分布以及统计特性的通用标度律，与我们的实验非常吻合。这项工作为描述无序系统中的波前整形实验提供了一个总体框架。
2016-12-21 physics.optics
Self-Portrait of the Focusing Process in Speckle: I. Spatio-Temporal Imaging of Wave Packets in Complex Media
Institut Langevin, ESPCI Paris, PSL University, CNRS（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）；SuperSonic Imagine（超级声想象）
本文提出利用散射体作为虚拟麦克风，通过矩阵成像技术监测波包在复杂介质中的时空传播，以揭示聚焦过程的缺陷并提升成像性能。
2026-02-05 physics.app-ph physics.med-ph physics.optics
Non-invasive optical focusing inside strongly scattering media with linear fluorescence
散射介质内的非侵入式光学聚焦仍然是一个很大的挑战，因为非均匀介质散射入射光子用于聚焦和出射光子用于观察。已经报道了利用非线性荧光或超声的各种方法来解决这个困难。然而，这些方法的实施是复杂且非常昂贵的，因为必须采用超快激光系统或光声设备。在这里，我们展示了一种波前整形技术，仅使用线性荧光信号实现散射介质内的非侵入性聚焦（NiF）。利用线性荧光产生的非相干散斑的对比度和平均值作为反馈信号来优化输入波前。虽然增加散斑对比度使焦点更紧，增加散斑平均值增强强度，但在我们的两步优化中微调这两个因素的贡献是必不可少的。一个最佳的波前被发现同时实现微米焦斑大小（下至20微米直径）和高强度（超过100倍的增强）内的散射介质。我们的方法有望在生命科学中开辟一条新的途径，即用线性荧光剂聚焦、成像或操纵生物组织。
2020-02-04 eess.IV eess.SP physics.optics
Statistics of Non-Rayleigh Speckles Generated from Nonlinear Media
本文解析推导非线性介质中散斑场强度PDF，揭示聚焦与散焦Kerr非线性对局部强度、尾部及强度关联的不同影响，并验证场关联保持不变。
2025-06-14 physics.optics
Single-shot Digital Optical Fluorescence Phase Conjugation Through Forward Multiply Scattering Samples
针对生物组织多重散射导致光扭曲的问题，提出无参考高分辨率波前传感器单次测量散斑场，利用前向散射样品宽带特性实现数字荧光相位共轭聚焦激光束。
2023-12-22 physics.bio-ph 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
Focusing polychromatic light through strongly scattering media
我们展示了空间相干多色光通过强散射介质传输后的反馈优化聚焦，并描述了优化聚焦强度和初始远场散斑对比度之间的关系。使用具有基于相机或基于光谱仪的反馈的MEMS空间光调制器来执行优化。我们观察到，优化焦点的光谱带宽取决于反馈信号的特性。我们解释这种依赖性的样品传输的光谱模式的数量的修改，并介绍了一个简单的模型多色焦点增强，通过实验与校准的样品证实。
2013-04-24 physics.optics
Non-invasive chemically selective energy delivery and focusing inside a scattering medium guided by Raman scattering
拉曼散射是一种化学选择性探测机制，在工业和临床环境中具有多种应用。然而，大多数样品是光学不透明的，限制了拉曼探测在深度的适用性。在这里，我们展示了化学选择性的能量沉积后的散射介质相结合的光谱分辨拉曼散斑作为波前整形的反馈机制的测量与化学光谱的先验信息。我们展示了前所未有的六倍信号增强的epi-geometry，实现有针对性的能量沉积和集中在选定的拉曼活性粒子。
2022-02-21 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
Focusing through random media: eigenchannel participation number and intensity correlation
利用随机矩阵计算，我们证明了散射波通过随机介质的最大聚焦强度与透射散斑图背景的对比度为μ N =1 + N_{eff}，其中Neff是透射矩阵的本征通道参与数。对于扩散波，N_{eff}是强度相关度κ的倒数。聚焦光束相对于系综平均强度的轮廓用归一化空间场关联函数的平方、F（Δr）和κ表示。这些结果在微波实验中得到证实，并提供了最佳聚焦和成像极限的参数。
2011-12-21 cond-mat.dis-nn physics.optics
Optimal exposure time for satellite imaging? A trade-off between residual tip-tilt and registration accuracy
针对卫星成像，提出一种基于残余倾斜、目标通量与噪声水平等参数确定最优曝光时间的方法，以平衡散斑信息保留与信噪比，减少抖动影响，优化后处理图像质量。
2026-09-16 astro-ph.IM 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
Fast binarized time-reversed adapted-perturbation (b-TRAP) optical focusing inside scattering media
光散射通过阻止聚焦而抑制生物组织内部深处的高分辨率光学成像、操纵和治疗。为了形成深焦点，已经开发了打破光学扩散限制的波前成形和时间反转技术。对于体内应用，这种聚焦必须提供高增益、高速度和大量空间模式。然而，以前的技术都不能同时满足这些要求。在这里，我们克服了这一挑战，通过快速测量扰动光场在一个单一的相机曝光，然后自适应时间反转的相位二值化扰动。因此，相位共轭波前在一毫秒内合成，比数字记录短两个数量级。我们演示了动态散射介质中的实时聚焦，并将激光散斑衬度成像扩展到新的深度。快速响应、高增益和大模式数的前所未有的组合使这项工作朝着体内深层组织光学成像、操纵和治疗迈出了一大步。
2015-06-02 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
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
Controlling the intensity of light in large areas at the interfaces of a scattering medium
最近出现的波整形方法已经证明，即使是最强散射的材料，也能使光聚焦。通常在波前整形中，光聚焦在具有一个散斑大小的区域中。已经表明，不仅在目标散斑中的强度增加，而且在优化散斑之外的区域中的强度也增加。因此，即使仅控制单个散斑斑点中的强度，也增强了总透射。在这里，我们实验研究如何在散射介质的两个界面上的强度增强取决于传输侧的优化区域。我们观察到，随着优化半径的增加，总透射强度的增强增加。我们发现，伴随着减少的总反射强度，这意味着传输和反射通道之间的能量重新分配。此外，我们发现了一个定性的证据，长程反射-透射相关性。我们的研究结果是有用的，在太阳能电池，多通道量子安全通信，成像和复杂的光束传输通过散射介质中的有效光捕获。
2016-06-17 cond-mat.dis-nn 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
High fidelity generation of complex optical field through scattering medium with iterative wavefront optimization
散射介质内的光散射对光学传输造成了实质性的障碍。当相干光通过强散射介质时，观察到振幅和相位随机分布的散斑图。幸运的是，波前整形已经成功地与空间光调制器一起使用，以在散射介质之后恢复强度目标，例如尖锐的焦点或指定的二维图案。然而，很少有研究试图单独操纵聚焦场的振幅和相位。本文提出了一种基于反馈的波前整形方法来产生通过散射介质的复杂光场。引入了可靠的相位恢复方法来提供复反馈信息，即，聚焦场的振幅和相位。因此，为了将散斑场调制成所需的复杂结构光场，使用多目标遗传算法来寻找最佳相位图。为了证明所提出的方法的高性能，进行了实验测试。高保真度被证明在不同的复杂光场的产生，无论是在振幅和相位。我们的研究结果可能有助于通过散射介质对光场的操纵，并有望进一步促进未来的应用，如光遗传学，涡旋光通信，通过散射介质的光捕获。
2022-08-31 physics.optics
Spectrally-resolved point-spread-function engineering using a complex medium
超短光脉冲在强散射介质中的传播产生了复杂的空间-光谱散斑，可以用多光谱传输矩阵（MSTM）来描述。与空间光调制器结合使用，MSTM能够操纵离开介质的脉冲;特别是将其聚焦在任何所需的空间位置和/或时间。在这里，我们演示了如何工程师的点扩散函数的聚焦光束的空间和光谱，从测量的MSTM。它包括在聚焦之前对矩阵的每个波长处的空间内容进行数字滤波。我们实验报告的多功能性的技术，通过几个例子，特别是作为一种替代同时空间和时间聚焦，在多光子显微镜的潜在应用。
2020-07-17 physics.optics
Single shot large field of view imaging with scattering media by spatial demultiplexing
Nanyang Technological University（南洋理工大学）；National University of Singapore（新加坡国立大学）
针对散射介质成像受记忆效应限制视场的问题，提出利用无用散斑提取空间信息，结合区域点扩散函数反卷积与迭代自动加权平均，实现单次大视场高质量成像，推动强散射成像技术发展。
2017-08-15 eess.IV eess.SP physics.app-ph
Towards smart optical focusing: Deep learning-empowered wavefront shaping in nonstationary scattering media
组织深处的光学聚焦是生物医学光学的圣杯，可能会给该领域带来革命性的进步。波前整形是一种被广泛接受的解决这个问题的方法，但迄今为止，大多数实现方式仅使用静止介质，然而，静止介质在实践中几乎不存在。在这篇文章中，我们提出应用一种名为ReFocusing-Optical-Transformation-Net（RFOTNet）的深度卷积神经网络，这是一种多输入单输出网络，用于解决非平稳散射介质中光聚焦的巨大挑战。众所周知，深度卷积神经网络本质上是强大的，可以在不进行复杂计算的情况下解决逆散射问题。考虑到中等扰动前后介质的光学散斑是相关的，可以基于预训练的神经网络的微调来快速恢复光学焦点，显著减少了重新聚焦的时间和计算成本。实验验证了该方法的可行性。所提出的深度学习授权的波前成形框架在促进深度和动态组织中的最佳光学聚焦和成像方面具有巨大的潜力。
2019-08-31 physics.app-ph physics.optics
Abruptly Focusing and Defocusing Needles of Light and Closed-Form Electromagnetic Wavepackets
傅立叶光学在电磁波包的长度和窄度之间进行权衡，使得窄的空间焦点以大的发散角衍射，并且只有无限宽的光束可以保持非衍射。我们表明，它是可能的，以绕过这种强度热点的长度和狭窄之间的权衡，并找到一个家庭的电磁波包，突然集中和散焦的高强度区域的任何纵横比。这些特征在希望避免破坏周围环境的情况下可能有用，例如，在癌症治疗中非常精确地靶向肿瘤，在激光加工中钻出非常精确尺寸的孔，或在明确定义的区域中触发非线性过程。在这个过程中，我们还构造了有限能量电磁脉冲麦克斯韦方程组的第一个封闭形式的解决方案。这些脉冲还表现出有趣的物理学，尽管存在固有的衍射，但轴上强度峰值始终以光速传播。
2019-03-03 physics.optics
Transmission-matrix-based point-spread-function engineering through a complex medium
本文提出了一种任意设计透射相干光通过散射样品后的空间分布的方法。我们计算一个运营商的实验测量的传输矩阵的基础上，通过数值上增加一个任意的掩模在傅立叶域之前的聚焦。我们证明了该技术的实力，通过几个例子：传播贝塞尔光束，从而产生的焦点小于衍射限制散斑颗粒，甜甜圈光束，螺旋光束。我们的特点实现的焦点的3D配置文件，并分析了该技术的基本限制。我们的方法概括了随机介质的傅立叶光学概念，并通过混浊介质的超分辨率成像打开了特别有趣的观点。
2016-09-01 physics.optics
Light focusing and additive manufacturing through highly scattering media using upconversion nanoparticles
本研究提出一种利用上转换纳米颗粒和波前整形的非侵入式高分辨率增材制造技术，通过近红外光聚焦穿过强散射介质，实现微米级打印，为组织工程提供新途径。
2023-10-30 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Phase-controlled dual-comb coherent anti-Stokes Raman spectroscopic imaging
相干拉曼显微镜通过询问生物分子的固有振动来提供无标记成像。然而，高化学特异性和高成像速度之间的权衡目前存在于从光谱学到光谱成像的过渡中，当捕获复杂生命系统中的动态时。在这里，我们提出了一个新的概念，在双梳计划，以大大击败这种权衡，并促进高分辨率宽带相干反斯托克斯拉曼光谱成像的基础上下变频，自动变化的延迟时间在光谱聚焦激发。振动显微光谱的快速测量在亚微秒尺度上的光谱跨度~700 cm-1与固体信噪比提供了访问的指纹区域内的良好解析的分子签名。我们证明了这种高性能的光谱成像的空间不均匀分布的化学物质，以及在植物细胞中的类胡萝卜素积累。这种技术提供了一个前所未有的宽带CARS成像与数百kHz的帧速率使用现有的1 GHz振荡器的路线。
2017-02-11 physics.optics
