散射介质会破坏光束的光波前分布和能量输送，限制了强散射环境下光镊、荧光成像、光通信等技术的应用。波前整形技术通过优化入射波前，重新规划散射介质内的光传输路径，实现了在散射介质内部或透过散射介质的光聚焦，从而克服了散射介质的限制，将散射光重新利用，使得散射介质成为一个类似透镜的光学元件，也被称为“浑浊透镜”。目前主要有依赖反馈调控的迭代优化方法、建立输入-输出联系的传输矩阵方法和利用光路可逆原理的相位共轭方法三类技术路线。本文从技术原理、应用背景以及重要进展等方面梳理了基于波前整形技术的散射介质聚焦的研究进展，并对比展望了三类技术在应用中的发展前景。

为了解决强度调制-直接检测正交频分复用（IM-DD OFDM）光通信系统中由光纤色散和非线性效应导致的传输性能下降的问题，提出利用正交偏振泵浦非简并四波混频（NFWM）产生的无波长偏移光学相位共轭（OPC）波对系统中的信号损伤进行光域补偿。首先在理论上推导了利用正交偏振泵浦NFWM生成OPC波的原理，基于上述原理，设计了无波长偏移OPC实现方式，在正交偏振态上得到与原信号波长完全一致的OPC波。然后对影响生成OPC波功率的因素进行了具体分析。最后依据优化参数设置，进行仿真验证，结果表明所提系统能够以114.375 Gbit/s的传输速率在长度为240 km的标准单模光纤链路中传输。

基于中距相位共轭（OPC）结合色散管理的光纤非线性补偿方案，可满足OPC的传输对称性，改善非线性补偿效果，但是该方案用到了大量的反向色散光纤（IDF），不仅不便于对现有线路的升级改造，而且IDF尚未形成量产。采用色散补偿光纤（DCF）代替上述方案中的IDF，对两种方案（分别称为IDF方案和DCF方案）的非线性补偿性能进行了比较，详细考察了两种方案对信道内四波混频（IFWM）的补偿。通过数值计算发现，如果在DCF方案中采取非对称功率传输，则可获得接近于IDF方案的理想补偿效果。

光在生物组织中传播时，会被微观尺度上不均匀的组织随机散射，这种现象严重制约了光学技术在生物医学中的应用。波前整形技术将散射过程当成一个确定性的过程，通过测量散射效应造成的相位延迟并利用空间光调制器进行逐点补偿，可以实现散射光的操控与重新聚焦。在各类波前整形技术中，基于光学相位共轭的数字化波前整形技术具有可调控自由度高、系统响应速度快等优点，最适宜与生物医学应用相结合，如生物活体成像、操控、治疗等。文中将重点关注基于光学相位共轭的数字化波前整形技术的发展，探讨该技术在应用研发中面临的主要技术瓶颈和挑战，并概述其应用开展情况。

采用光学相位共轭（OPC）法补偿相干光通信系统中的非线性损伤是当前光通信领域的研究热点之一。为了进一步提升OPC抑制光纤非线性的能力，针对掺铒光纤放大器的色散管理光传输链路，提出了一种优化共轭信号功率及共轭信号累积色散的两阶优化方法。理论分析表明，功率优化带来的性能增益仅与光纤的色散-衰减系数比有关。因此，以超大有效面积光纤和反色散光纤（SLA-IDF）及标准单模光纤和色散补偿光纤（SSMF-DCF）两种色散管理链路为例，对理论分析结论进行验证。数值模拟结果表明：9信道的偏振复用四相相移键控信号经过1920 km（24×80 km）的传输后，对于SLA-IDF链路，优化光强和色散后系统的最优信噪比（SNR）分别提升了3.8 dB和1.0 dB；对于SSMF-DCF链路，优化光强和色散后系统的最优SNR分别提升了0.4 dB和1.6 dB。

While propagating inside the strongly scattering biological tissue, photons lose their incident directions beyond one transport mean free path (TMFP, ~1 millimeter (mm)), which makes it challenging to achieve optical focusing or clear imaging deep inside tissue. By manipulating many degrees of the incident optical wavefront, the latest optical wavefront engineering (WFE) technology compensates the wavefront distortions caused by the scattering media and thus is toward breaking this physical limit, bringing bright perspective to many applications deep inside tissue, e.g., high resolution functional/molecular imaging, optical excitation (optogenetics) and optical tweezers. However, inside the dynamic turbid media such as the biological tissue, the wavefront distortion is a fast and continuously changing process whose decorrelation rate is on timescales from milliseconds (ms) to microseconds (
s), or even faster. This requires that the WFE technology should be capable of beating this rapid process. In this review, we discuss the major challenges faced by the WFE technology due to the fast decorrelation of dynamic turbid media such as living tissue when achieving light focusing/imaging and summarize the research progress achieved to date to overcome these challenges.

Focusing light though scattering media beyond the ballistic regime is a challenging task in biomedical optical imaging. This challenge can be overcome by wavefront shaping technique, in which a time-reversed (TR) wavefront of scattered light is generated to suppress the scattering. In previous TR optical focusing experiments, a phase-only spatial light modulator (SLM) has been typically used to control the wavefront of incident light. Unfortunately, although the phase information is reconstructed by the phase-only SLM, the amplitude information is lost, resulting in decreased peak-to-background ratio (PBR) of optical focusing in the TR wavefront reconstruction. A new method of TR optical focusing through scattering media is proposed here, which numerically reconstructs the full phase and amplitude of a simulated scattered light field by using a single phase-only SLM. Simulation results and the proposed optical setup show that the timereversal of a fully developed speckle field can be digitally implemented with both phase and amplitude recovery, affording a way to improve the performance of light focusing through scattering media.

生物组织对光的散射使得光束通过透镜后无法在组织的深层(大于1 mm 处)聚焦，制约了需要光能聚焦的成像技术(如共聚焦显微、双光子显微)在生物医学领域的应用。为了抑制生物组织的散射效应，将光聚焦到深层组织，需要对入射光的波前进行调制。基于此要求，以下三种光学聚焦技术得以提出并发展：用待聚焦区的光强作为反馈信号的波前整形技术；将声光调制和时间反演(或光学相位共轭)技术相结合进而在散射介质内部实现光学聚焦的技术；对散射介质传输矩阵进行测量的光学聚焦技术。本文对上述光学聚焦技术的研究进展进行了综述，比较并展望了其在生物医学领域中的应用前景。

基于有限元法仿真计算了脊高850 nm、脊宽800-2 000 nm、刻蚀深度200-600 nm的亚微米结构尺寸As2S3硫系玻璃脊形波导的有效折射率和色散特性.结果显示在光通信波段内准TM模式下一定波导结构存在反常色散, 且同一脊宽和脊高下零色散波长位置随刻蚀深度增加出现蓝移；同时合适结构的波导还存在两个零色散波长, 如脊高850 nm、脊宽1 000 nm、刻蚀深度350 nm的脊形波导, 准TM模式下两个零色散波长为1 510 nm和1 746 nm, 波长1 550 nm处的色散值为-28.62 ps2·km-1.在此基础上, 利用此具有反常色散的脊形波导作为光学相位共轭介质, 将其应用在220 km远距离光纤链路的3×40 Gb/s高比特率波分复用系统中进行仿真实验, 结果显示该硫系玻璃脊形波导构建的光学相位共轭器有效地实现了四波混频效应, 且对整个系统的色散进行了有效补偿.