基于振幅型空间光调制器实现具有鲁棒性且高对比度的多焦点聚焦方法

        光学散射是自然界中一种普遍的物理现象，光散射是由于光在介质中传播路径的复杂性和时空不均匀性所致，例如，在生物样品和白色涂料等复杂光子介质中广泛存在结构无序和不均匀性。光在通过无序介质时不可避免地会发生多次散射，但光的干涉信息会保留。 mYj)![  
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        研究散射光的干涉具有重大意义，例如安德森局域化、相干背散射(CBS)以及随机激光现象等都是通过研究散射光的干涉发现。值得注意的是，已证明通过实时反馈或者对透射矩阵的测量，借助波前整形（WFS）技术可以实现对多重散射光进行主动控制。 }'faf{W  
        散射光是通过在入射光的波前上加载一些特定的相位模式来操纵的，这提供了揭示复杂散射过程中基本物理特性的能力，如打开/关闭本征通道、散射介质内部的能量增强、透射特征通道的横向定位。此外，通过对散射光的控制，对光学成像、光通信、非线性光学以及生物医疗等方面有着非常重要的应用价值。 nt+OaXe5D  
        振幅型空间光调制器TSLM023-A的显示屏采用的是扭曲向列型面板（TN面板），这种液晶工作模式具有旋光作用，能够改变光的偏振方向。通过对液晶分子进行加电改变液晶偏转角度，调节旋光效应的强弱，配合偏振器件就能够实现振幅调制。这个过程中双折射效应与旋光效应并存，液晶厚度的增加可以使双折射效应减弱，做到纯振幅调制。而当液晶盒的厚度足够大，且液晶分子倾角较低时，只有相位调制，无振幅调制；在液晶分子倾角较大时，会出现振幅调制，此时振幅和相位同时进行调制, 液晶倾角是由加载在液晶分子两端的像素电压决定的，因此液晶像素电压范围决定了液晶器件工作在振幅调制区还是相位调制区。所以，通过改变加载的图像使用TSLM023-A也可以实现一定的相位调制。        文章所采用的实验装置如图1所示，扩束后的532nm光通过振幅型空间光调制器（中科微星 TSLM023-A），采用全息的方式实现对波前的纯相位控制。在SLM上使用M个像素来控制波前单个相位，单个像素大小为26um，对应地透射光的可控点总数与像素数相同，即目标区域大小对应SLM像素的数量，通过将测量图案与目标图案的高纬度矢量对准来实现纯相位控制。图1 实验装置。在虚线框中，散射样品被放置在带有黑条的白纸上，表明样品强烈散射光。图2 模拟结果。具有时间反转WFS (a)和具有反馈的WFS (c)的三聚焦模式，分别对应于(b)和(d)中的第一个模拟结果。利用时间反转WFS (b)和反馈WFS (d)在10个不同的模拟中构建的三聚焦模式的峰值-背景比(𝜂)。图3 实验结果。(a)在WFS之前，目标区域内透射光的强度测量。(b)反馈WFS的收敛曲线。(c)在WFS之后，这三个焦点被构建在预定义的位置上。(d)在10个不同的实验中，构建的三聚焦模式的峰值-背景比(𝜂)。(e)峰值与背景的比值随着焦点的数量的变化。 oH!O{pQK}  
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        文章中所提出的实时反馈WFS系统不仅成功地在预定位置构建了多个衍射极限的聚焦点，而且显著抑制了由背景场引起的对焦斑的随机扰动，有望实现散射光的多聚焦点，进而可以应用在量子干涉、光学成像、光学操纵以及光与物质相互作用等方向。本实验中所采用的中科微星透射式空间光调制器TSLM023-A的参数规格如下： ?3 k_YN"  

型号 ?Pa(e)8\	TSLM023-A 6Ol9P56j	调制类型 c/ih%xR	振幅型 KQvSeH>r
液晶类型 f0j]!g	透射式	灰度等级	8位，256阶 {~uTi>U
液晶模式	TN vf$IF|	驱动方式 qTN%9!0@9	模拟
像素数 qv}ECQ	1024×768 HsUh5;	像元大小	26μm
有效区域 .}v" `>x	1.3" 26.6mm×19.9mm	对比度	400:1@532nm ."=%]l0
响应时间	≤16.7ms	开口率 h6OQeZ.	67% {=?(v`88
Gamma校正	支持 }]PHE(}7	波长校正	支持 _ilitwRN3
刷新频率 SOOJqC	60Hz	光学利用率	35%@532nm 5OtdB'UITd
电源输入 tpC^68*F	16V 1A/12V 2A	光谱范围 *U]&a^N	420nm-1200nm Nh_\{ &r
损伤阈值 lux g1>	2W/cm²	数据接口 S2;^	VGA/HDMI (tOhuSW

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透射式空间光调制器在光学和光电领域的应用非常广泛，涵盖了光学成像、光学通信、光学信息处理、光学传感、光学信息存储等多个方面，为光电技术的发展和创新提供了重要的支持和推动。 jx}'M$TA  
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