什么是散射成像技術？

近年來，計算機技術的飛速發展、介觀物理研究的深入、計算成像思想的完善和圖像處理技術的發展，促進了以物理機制為基礎的計算光學成像技術的發展。計算光學成像技術作為新型的成像手段，不僅推動了傳統成像技術的發展，而且在解決散射成像方面表現出了得天獨厚的優勢。

在彈道光提取方面，自適應光學成像技術、光學相干層析技術、共聚焦顯微技術、多光子顯微技術、光聲顯微技術、復合熒光分子層析技術、多光譜光聲層析技術等光學成像技術的發展及應用，解決了天文成像、水下探測和生物成像等領域的關鍵問題。

在散射光利用方面，空間光調制器（SLM）、數字微鏡器件（DMD）、微機電系統調制器（MEMS）等數字波前整形器件的出現，促進了計算成像技術與散射成像技術的有機結合，涌現出了許多新型的光學成像技術，如光學相位共軛、波前反饋調節、光學傳輸矩陣等，極大地促進了散射成像技術在顯微成像領域的應用。

縱觀散射成像的發展歷程，散射成像技術已從早期的基礎理論研究發展到了實驗室中的模型驗證研究，繼而又發展到了透過散射介質成像的應用研究。目前，透過散射介質的成像方法主要有波前整形和基于光學記憶效應的散射成像技術。

基于波前整形的散射成像技術

波前整形技術包含光學相位共軛、基于反饋優化的波前整形和光學傳輸矩陣技術三部分，該技術主要研究光波在介質中的傳播規律及特性，為散射效應的利用奠定了基礎。相關研究表明，波前整形技術在生物醫學成像、超分辨成像和光通信等方面有著廣闊的應用前景。

光學相位共軛

光學相位共軛技術是時間反演技術在光學領域的應用，最早的光學相位共軛技術通過在照相板上記錄全息圖來實現。本質上，光學相位共軛技術利用的是光傳播的可逆性，獲得透過介質后的光場分布后，反向輸入透射光場的相位共軛波形，就可以重建原始的入射光場。

光學相位共軛的實現步驟可以分為兩步：光場信息的記錄和相位共軛光的生成。按照相位共軛光產生方式的不同，光學相位共軛技術可以分為非線性光學相位共軛技術和數字光學相位共軛技術兩類。前者可以使用數字全息或定量相位成像技術來實現，后者則可以通過空間光調制器實現。

根據非線性過程的差異，非線性光學相位共軛技術可以分為三波混頻相位共軛技術、四波混頻相位共軛技術、受激布里淵散射相位共軛技術和光折變晶體相位共軛技術。與數字光學相位共軛技術相比，非線性光學相位共軛技術在模式耦合效率方面具有較大優勢，因此，非線性光學相位共軛技術在生物醫學方面仍具有很大潛力。

SLM和DMD等元件的出現，使得數字光學相位共軛調制變成可能。數字光學相位共軛技術的工作原理如圖１所示（EO代表電光調制器，OPC代表光學相位共軛，Ref代表參考光）。在獲得輸出場的光場信息后，利用數字元器件產生相位共軛光，進而實現透過散射介質的聚焦和成像。如何提高數字光學相位共軛技術的效率問題，將決定數字光學相位共軛技術在未來應用中的地位。

圖1.數字光學相位共軛示意圖