散射在光的成像过程中无法避免,传统的光学成像技术很难解决散射引起的光波前畸变及图像失真等问题。近年来,大量的研究成果表明充分利用散射效应的成像技术可以实现透过散射介质或复杂介质成像,且具有超分辨的特性。本文在介绍散射成像基本原理的基础上,重点介绍了透过散射介质成像方法以及相关技术的研究进展,分析了散射成像尚存在的问题,最后对散射成像未来的研究方向进行了展望。

利用有限时域差分方法, 对核壳结构进行了模拟研究, 得到内核折射率以及内核半径对聚焦光斑纳米喷流特性的影响。研究表明: 在内核半径不变的情况下, 当内核相对折射率较低时, 入射光能量主要集中在内核与外壳层交界区域, 此时光波能量有很大一部分处于非聚焦的旁瓣中; 当内核折射率超过外层, 可以在核壳结构背光面形成双增强点; 在内核相对折射率不变的情况下, 通过改变内核半径实现了对内、外核聚焦点位置的主动控制。

背向弹性散射光谱法可用于研究生物细胞内部颗粒的结构组成, 本文探讨了背向弹性散射光谱测量获取光谱的不同实验方法及其优缺点。针对微米量级的球形颗粒测量, 基于实验分析比较了目前普遍使用的光纤探头测量和透镜系统测量这两种背向散射光谱获取方法的优缺点。研究表明, 由于透镜系统获取光谱所对应的散射角有更明确的定义, 故透镜系统获取光谱与Mie散射计算的互相关拟合系数(0.96)高于光纤探头优化条件下获取光谱的结果(0.93)。因此, 在提取颗粒尺度精度要求较高时, 应该选用透镜测量方法, 并且采用滤波去噪声信号处理的手段来提高颗粒尺寸提取精度; 而提取颗粒尺度精度要求不高时, 光纤探头光谱获取方法具有简单易行的优点。

综述了已有散射介质超衍射极限聚焦和成像技术的研究现状及进展。首先介绍了这一领域的研究背景及意义，以及已有超衍射极限成像技术的发展现状; 然后给出了应用于超衍射极限成像的散射介质定义; 其次分析了时间反演技术在声学、微波领域聚焦上的应用，介绍了时间反演法在光学领域超衍射极限聚焦应用中的实现方法，总结了散射介质加入到光学系统中的作用，分析了利用反馈控制调节和光学相位共轭方法进行散射介质超衍射极限聚焦方法的特点; 讨论了基于空域和空频域传输矩阵测量的散射介质宽场成像方法及在该目的下的散射介质制备方法; 最后给出了散射介质光学超衍射极限成像技术研究前景及展望。

定义了激光光束衍射远场光斑压缩前后的能量比以及能量密度比来衡量超衍射极限激光光束的质量。通过利用反向传递算法设计了合适的补偿相位板,不但对准直放大的单一横模激光光束进行小于光学衍射极限的发散度的压缩,同时又保证光束能量集中于压缩后的远场衍射主瓣中,使压缩后的远场衍射光斑的能量密度增加。给出了相应的实例。这一结论不但解决了光学超分辨中光束压缩与能量损失不可避免这一矛盾,而且为发散度小且能量密度高的超衍射极限激光光束的实验工作以及该类光束的实际应用提供了理论基础。

从Huygens-Fresnel衍射积分公式出发，得到了高斯光束经过球差透镜聚焦之后聚焦光场的光强分布的表示式。数值计算结果表明，当透镜存在负球差时，可获得超衍射极限聚焦，即得到的聚焦光斑比高斯光束经过无球差透镜聚焦而得到的聚焦光斑还小。并且，透镜的负球差系数越大，得到的聚焦光斑越小。相反,当高斯光束经过正球差透镜聚焦，得到的聚焦光斑比无球差时大。透镜的球差系数愈大，得到的聚焦光斑愈大。讨论了透镜的球差对轴上光强最大点(最佳聚焦点)的影响。