CN113252613A - 一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置及方法，解决了当前散射介质相干吸收增强的方法需要特定边界、而且吸收效果不好的问题，将散射介质吸收增强装置用于待测散射介质样品，得到待测散射介质样品的透射光强分布和反射光强分布，然后求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵，基于待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵信息，优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小，从而增强散射介质的吸收效果，而且不需要附加特定的边界条件，更符合实际应用场景。

Description

一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置及方法
技术领域
本发明涉及散射介质吸收增强的技术领域，更具体地，涉及一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置及方法。
背景技术
光在非均匀介质中传播的，受到不同位置能量影响而偏离之前传播路线的想象被称为散射，这种介质就被称为散射介质，这些介质的共同点就是不透明、对透射光有散射作用。
光在通过散射介质的时候会发生多重散射，这种现象严重削弱了光在介质中的穿透深度及成像分辨率，尤其是在一些光透过散射介质进行聚焦及成像的重要应用中，如深层组织光声成像和荧光显微成像等领域，在生物医学领域中，强散射效应严重限制了对生物组织的成像深度，使得人们难以使用光学手段对其开展有效的检测和诊断。而波前整形能够有效地克服强散射效应，因此波前整形在生物医学成像领域中有着重大的意义。此外，波前整形也广泛应用在内窥镜、光捕获等领域上。
相干吸收增强指的是将入射光的能量聚集到散射介质内部的吸收体中。在生物组织等散射介质中，由于吸收的存在，能量衰减是很快的。在深层组织光声成像和荧光显微成像等领域中，需要对目标位置的情况进行观察。如果将光入射到生物组织中来观察目标位置的情况，很可能无法实现观察，因为大部分的能量已经衰减掉了，导致光信号已经很弱。在这种情况下，需要将能量尽可能地聚集到目标位置，使得目标位置的光信号强度足以用于实现观察。
2018年，程晓玥在北京化工大学硕士论文中公开“基于迭代优化波前整形的光透过散射介质聚焦的实验研究”的文章，开发了抗噪性能高的迭代优化算法，解决了光在散射介质中聚焦、传输以及成像问题，对生物组织进行光学检测具有重要意义。此外，也有学者在只含反射的波导中，通过最小化反射实现吸收增强，而在实际的应用场景(如生物组织)中，其边界是开放的，无法附加特定的条件，这种基于特定条件的相干吸收增强的方法难以在实际操作中得到应用，增强的效果有限。后来有学者直接研究对于散射介质中的相干吸收增强，相干吸收增强大多建立在散射介质内部信息未知的基础上，这时用于实现相干吸收增强的入射光的信息是不确定的，由于对光前不能实现完全控制，因此达不到理论上的增强效果。
发明内容
为解决当前散射介质相干吸收增强的方法需要特定边界、而且吸收效果不好的问题，本发明提出一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置及方法，不需要对散射介质附加特定的边界条件，实现最优化入射波前可控的目标。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置，包括：
连续激光器、第一分束器、第一挡光板、第二分束器、空间光调制器、第二挡光板、4f透镜组、透射光强分布记录仪、反射光强分布记录仪、矩阵求解模块及光强优化模块；
所述连续激光器发出连续光成像激光，并传输至第一分束器，所述第一挡光板挡住连续光成像激光发出方向的光，连续光成像激光分束入射至第二分束器，入射至第二分束器的连续光成像激光被空间调制器反射，依次经过第一分束器、第二分束器后入射到4f透镜组，然后通过4f透镜组映射至待测散射介质样品，连续光成像激光映射至待测散射介质样品后，一部分被透射，所述透射光强分布记录仪记录透射光强分布，另一部分被反射，反射后的连续光成像激光通过4f透镜组映射到第二分束器，利用第二挡光板挡住对侧的光，所述反射光强分布记录仪记录反射光强分布；透射光强分布和反射光强分布传输至矩阵求解模块，经矩阵求解模块求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵，所述光强优化模块基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小。
优选地，所述连续激光器的波长为532nm，连续激光器采用固态半导体激光作为连续光成像激光的光源。
优选地，待测散射介质样品的制作过程包括：
A.对生物进行切片、搅拌操作，获取均匀的生物样品；
B.在生物样品中添加一定量U的随机分布的墨汁来吸收光，模拟实际生物组织吸收光的情况；
C.将光入射到生物样品，判断生物样品制备是否成功，若是，将该生物样品作为待测散射介质样品；否则，返回步骤A。
优选地，步骤C中生物样品制备成功的标准为：
将光入射至生物样品，观察光的出射场，出射场为杂乱散斑，且光强分布相对入射前光的光强分布减弱。
优选地，所述透射光强分布记录仪及反射光强分布记录仪均为电荷耦合器件图像传感器CCD。
优选地，电荷耦合器件图像传感器CCD的精度为8μm。
本发明还提出一种基于波前整形的散射介质吸收增强方法，所述方法基于所述的装置实现，至少包括：
S1.利用连续激光器发出连续光成像激光，并传输至第一分束器，利用第一挡光板挡住连续光成像激光发出方向的光；
S2.连续光成像激光分束入射至第二分束器，利用空间调制器将入射至第二分束器的连续光成像激光反射，反射后的连续光成像经过第一分束器、第二分束器后入射到4f透镜组,通过4f透镜组映射至待测散射介质样品；
S3.连续光成像激光映射至待测散射介质样品后，发生透射和反射，利用透射光强分布记录仪记录被透射的透射光强分布，利用反射光强分布记录仪记录被反射的反射光强分布；
S4.将透射光强分布和反射光强分布传输至矩阵求解模块，经矩阵求解模块求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵；
S5.将透射矩阵和反射矩阵传输至光强优化模块，光强优化模块基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小。
优选地，步骤S4中矩阵求解模块采用GGS算法求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵。
优选地，步骤S5中光强优化模块基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强时，采用的方法为遗传算法，具体过程为：
S51.建立初始种群为NP的相位掩模，设置目标函数为经待测散射介质样品透射的透射光强和反射的反射光强之和最小，明确初始种群中作为一代的条件；
S52计算此时的目标函数值；
S53.从种群中选择两位母代pa和ma来繁育后代；
S54.交叉操作；表达式为：
paT+ma(1-T)
其中，T为交叉概率pc下生成的随机二值模板；
S55.后代以变异率pm进行变异操作，其中，pm为固定量或随机量，变异后新的子代代替母代，执行步骤S56；
S56.计算新的子代的目标函数值，检查子代的生成是否完成，若是，则执行步骤S57；否则，返回步骤S53；
S57.检查是否满足终止条件，若是，则优化结束；否则，返回步骤S52。利用遗传算法优化可以得到新的入射波前，预测吸收效果
优选地，光强优化模块基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强后，得到经待测散射介质样品透射的透射光强和反射的反射光强之和最小时的连续光成像激光的相位分布，利用空间光调制器进行相位调制，使得最优相位分布的入射波前入射到待测散射介质样品。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提出了一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置及方法，将散射介质吸收增强装置用于待测散射介质样品，得到待测散射介质样品的透射光强分布和反射光强分布，然后求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵，基于待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵信息，优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小，从而增强散射介质的吸收效果，而且不需要附加特定的边界条件，更符合实际应用场景，为深层组织光声成像和荧光显微成像等领域提供了一种有力的工具。
附图说明
图1表示本发明实施例中提出的基于波前整形的散射介质吸收增强装置的结构原理图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示的基于波前整形的散射介质吸收增强装置，包括：连续激光器1、第一分束器2，第一挡光板3、第二分束器4、空间光调制器5、第二挡光板6、4f透镜组7、透射光强分布记录仪8、反射光强分布记录仪9、矩阵求解模块10及光强优化模块11；
参见图1，连续激光器1发出连续光成像激光，在本实施例中，连续激光器1的波长为532nm，连续激光器1采用固态半导体激光作为连续光成像激光的光源，连续光成像激光传输至第一分束器2，连续成像激光经过第一分束器2后，第一挡光板3挡住原来连续光成像激光发出方向的光，一路连续光成像激光分束入射至第二分束器4，入射至第二分束器4的连续光成像激光传输至空间调制器5，空间调制去5不处于调制状态，可以等效为一个反射镜，空间调制器5将其反射，依次经过第一分束器2、第二分束器4后入射到4f透镜组7，然后通过4f透镜组7映射至待测散射介质样品，如图1所示，所述4f透镜组7包括第一透镜及第二透镜，依次并列；连续光成像激光映射至待测散射介质样品后，一部分被透射，透射光强分布记录仪8记录透射光强分布，另一部分被反射，反射后的连续光成像激光通过4f透镜组7映射到第二分束器4，利用第二挡光板6挡住对侧的光，所述反射光强分布记录仪9记录反射光强分布；透射光强分布和反射光强分布传输至矩阵求解模块10，经矩阵求解模块10求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵，所述光强优化模块10基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小。
在本实施例中，待测散射介质样品的制作过程包括：
A.对生物进行切片、搅拌操作，获取均匀的生物样品；
B.在生物样品中添加一定量U的随机分布的墨汁来吸收光，模拟实际生物组织吸收光的情况；
C.将光入射到生物样品，判断生物样品制备是否成功，若是，将该生物样品作为待测散射介质样品；否则，返回步骤A。
步骤C中生物样品制备成功的标准为：
将光入射至生物样品，观察光的出射场，若出射场为杂乱散斑，且光强分布相对入射前光的光强分布减弱。
在本实施例中，所述透射光强分布记录仪8及反射光强分布记录仪9均为电荷耦合器件图像传感器CCD，电荷耦合器件图像传感器CCD的精度为8μm。
本发明还提出一种基于波前整形的散射介质吸收增强方法，所述方法基于权所述的装置实现，包括：
S1.利用连续激光器1发出连续光成像激光，并传输至第一分束器2，利用第一挡光板3挡住连续光成像激光发出方向的光；
S2.连续光成像激光分束入射至第二分束器4，利用空间调制器5将入射至第二分束器4的连续光成像激光反射，反射后的连续光成像经过第一分束器2、第二分束器4后入射到4f透镜组7,通过4f透镜组7映射至待测散射介质样品；
S3.连续光成像激光映射至待测散射介质样品后，发生透射和反射，利用透射光强分布记录仪8记录被透射的透射光强分布，利用反射光强分布记录仪9记录被反射的反射光强分布；
S4.将透射光强分布和反射光强分布传输至矩阵求解模块10，经矩阵求解模块10求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵；
S5.将透射矩阵和反射矩阵传输至光强优化模块11，光强优化模块11基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小。
在本实施例中，步骤S4中矩阵求解模块10采用GGS算法求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵。具体的，以构建透射矩阵为例，为了简便起见，透射矩阵被假设为一个维度N×N的方阵T，假设空间调制器5的调制方式为仅相位调制，设第l次时训练输入场的每个元素都具有相同的归一化振幅，而相位值是随机的[0,2π]范围，记为[eiθ1……eiθN]，由于可以从透射光强分布记录仪8探测到出射场的光强度分布，而出射场光强度的数值开平方运算可以得到约束条件|E|。在第f次递归中，约束条件|E|的每一个元素丢失的相位可以被运算PXf-1所更新，记为Ef。随后，Xf继续被运算
Figure BDA0003034096250000061
更新，以此往复递归运算。其中.
Figure BDA0003034096250000062
表示矩阵的伪逆运算。在设定最大迭代步长m后，此时设m＝1000，如果满足解矩阵Xf-2各列向量与解矩阵Xf对应的列向量的相关系数大于0.999999或者f＝m，就在第f次递归后停止迭代操作，输出的XT f就被认为是估计的透射矩阵T。同样地，根据获得的反射光强的分布，也可以根据上述GGS算法过程来构建反射矩阵，此处不再赘述。
在本实施例中，步骤S5中光强优化模块10基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强时，采用的方法为遗传算法，具体过程为：
S51.建立初始种群为NP的相位掩模，设置目标函数为经待测散射介质样品透射的透射光强和反射的反射光强之和最小，明确初始种群中作为一代的条件；
S52计算此时的目标函数值；
S53.从种群中选择两位母代pa和ma来繁育后代；
S54.交叉操作；表达式为：
paT+ma(1-T)
其中，T为交叉概率pc下生成的随机二值模板；
S55.后代以变异率pm进行变异操作，其中，pm为固定量或随机量，变异后新的子代代替母代，执行步骤S56；
S56.计算新的子代的目标函数值，检查子代的生成是否完成，若是，则执行步骤S57；否则，返回步骤S53；
S57.检查是否满足终止条件，若是，则优化结束；否则，返回步骤S52。
在以上过程中，生成了一个新的入射波前，使得透射强度和反射强度的和相比初始就减小了一次。遗传算法会进行许多次上述的循环，直到满足一代的条件。这就意味着，已经成功生成新的一代，这一代就代替了初始的种群。遗传算法通常会不断生成许多新的子代，也就是说，上述一代的优化过程会重复许多次直至优化最终结束。在迭代收敛时，经待测散射介质样品透射的透射光强和反射的反射光强之和优化至遗传算法的最小值后，优化最终结束。
光强优化模块10基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强后，得到经待测散射介质样品透射的透射光强和反射的反射光强之和最小时的连续光成像激光的相位分布，利用空间光调制器5进行相位调制，使得最优相位分布的入射波前入射到待测散射介质样品，具体操作时，经空间调制器5调制后的光经过第一分束器2和第二分束器4后，由4f透镜组共轭面映射到待测散射介质样品上。此时，空间调制器5所加载的相位调制将会完美映射到样品上，通过透射光强分布记录仪8记录被透射的透射光强分布，利用反射光强分布记录仪9记录被反射的反射光强分布，可以观察到这两个光强分布都很弱，则可以证明大部分的能量被散射介质吸收，即通过本装置实现散射介质吸收增强。
附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于波前整形的散射介质吸收增强装置，其特征在于，包括：
连续激光器(1)、第一分束器(2)、第一挡光板(3)、第二分束器(4)、空间光调制器(5)、第二挡光板(6)、4f透镜组(7)、透射光强分布记录仪(8)、反射光强分布记录仪(9)、矩阵求解模块(10)及光强优化模块(11)；
所述连续激光器(1)发出连续光成像激光，并传输至第一分束器(2)，所述第一挡光板(3)挡住连续光成像激光发出方向的光，连续光成像激光分束入射至第二分束器(4)，入射至第二分束器(4)的连续光成像激光被空间调制器(5)反射，依次经过第一分束器(2)、第二分束器(4)后入射到4f透镜组(7)，然后通过4f透镜组(7)映射至待测散射介质样品，连续光成像激光映射至待测散射介质样品后，一部分被透射，所述透射光强分布记录仪(8)记录透射光强分布，另一部分被反射，反射后的连续光成像激光通过4f透镜组(7)映射到第二分束器(4)，利用第二挡光板(6)挡住对侧的光，所述反射光强分布记录仪(9)记录反射光强分布；透射光强分布和反射光强分布传输至矩阵求解模块(10)，经矩阵求解模块(10)求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵，所述光强优化模块(11)基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小。
2.根据权利要求1所述的基于波前整形的散射介质吸收增强装置，其特征在于，所述连续激光器(1)的波长为532nm，连续激光器(1)采用固态半导体激光作为连续光成像激光的光源。
3.根据权利要求1所述的基于波前整形的散射介质吸收增强装置，其特征在于，待测散射介质样品的制作过程包括：
A.对生物进行切片、搅拌操作，获取均匀的生物样品；
B.在生物样品中添加一定量U的随机分布的墨汁来吸收光，模拟实际生物组织吸收光的情况；
C.将光入射到生物样品，判断生物样品制备是否成功，若是，将该生物样品作为待测散射介质样品；否则，返回步骤A。
4.根据权利要求3所述的基于波前整形的散射介质吸收增强装置，其特征在于，步骤C中生物样品制备成功的标准为：
将光入射至生物样品，观察光的出射场，若出射场为杂乱散斑，且光强分布相对入射前光的光强分布减弱。
5.根据权利要求1所述的基于波前整形的散射介质吸收增强装置，其特征在于，所述透射光强分布记录仪(8)及反射光强分布记录仪(9)均为电荷耦合器件图像传感器CCD。
6.根据权利要求5所述的基于波前整形的散射介质吸收增强装置，其特征在于，电荷耦合器件图像传感器CCD的精度为8μm。
7.一种基于波前整形的散射介质吸收增强方法，所述方法基于权利要求1所述的装置实现，其特征在于，至少包括：
S1.利用连续激光器(1)发出连续光成像激光，并传输至第一分束器(2)，利用第一挡光板(3)挡住连续光成像激光发出方向的光；
S2.连续光成像激光分束入射至第二分束器(4)，利用空间调制器(5)将入射至第二分束器(4)的连续光成像激光反射，反射后的连续光成像经过第一分束器(2)、第二分束器(4)后入射到4f透镜组(7),通过4f透镜组(7)映射至待测散射介质样品；
S3.连续光成像激光映射至待测散射介质样品后，发生透射和反射，利用透射光强分布记录仪(8)记录被透射的透射光强分布，利用反射光强分布记录仪(9)记录被反射的反射光强分布；
S4.将透射光强分布和反射光强分布传输至矩阵求解模块(10)，经矩阵求解模块(10)求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵；
S5.将透射矩阵和反射矩阵传输至光强优化模块(11)，光强优化模块(11)基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强，生成新的入射波前，使透射光强和反射光强最小。
8.根据权利要求7所述的基于波前整形的散射介质吸收增强方法，其特征在于，步骤S4中矩阵求解模块(10)采用GGS算法求解出待测散射介质样品的透射矩阵和反射矩阵。
9.根据权利要求8所述的基于波前整形的散射介质吸收增强方法，其特征在于，步骤S5中光强优化模块(11)基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强时，采用的方法为遗传算法，具体过程为：
S51.建立初始种群为NP的相位掩模，设置目标函数为经待测散射介质样品透射的透射光强和反射的反射光强之和最小，明确初始种群中作为一代的条件；
S52计算此时的目标函数值；
S53.从种群中选择两位母代pa和ma来繁育后代；
S54.交叉操作；表达式为：
paT+ma(1-T)
其中，T为交叉概率pc下生成的随机二值模板；
S55.后代以变异率pm进行变异操作，其中，pm为固定量或随机量，变异后新的子代代替母代，执行步骤S56；
S56.计算新的子代的目标函数值，检查子代的生成是否完成，若是，则执行步骤S57；否则，返回步骤S53；
S57.检查是否满足终止条件，若是，则优化结束；否则，返回步骤S52。
10.根据权利要求9所述的基于波前整形的散射介质吸收增强方法，其特征在于，光强优化模块(11)基于透射矩阵和反射矩阵优化透射光强和反射光强后，得到经待测散射介质样品透射的透射光强和反射的反射光强之和最小时的连续光成像激光的相位分布，利用空间光调制器(5)进行相位调制，使得最优相位分布的入射波前入射到待测散射介质样品。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114034668A (zh) * 2021-12-13 2022-02-11 中国建筑材料科学研究总院有限公司 石英玻璃光谱透过率的检测装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012124236A (ja) * 2010-12-07 2012-06-28 Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence 電波吸収体及びその設計方法
US20130271592A1 (en) * 2011-11-07 2013-10-17 The Regents Of The University Of Colorado High-speed wavefront optimization
US20140009808A1 (en) * 2010-01-25 2014-01-09 The Washington University Iteration of optical time reversal by ultrasonic encoding in biological tissue
US20160356746A1 (en) * 2013-08-26 2016-12-08 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Imaging through scattering media with high signal to noise ratio and resolution
CN109557091A (zh) * 2018-11-13 2019-04-02 南京理工大学 一种无序介质通道分析装置和方法
US20190219527A1 (en) * 2018-01-17 2019-07-18 Donggyu Kim Systems, apparatuses, and methods for optical focusing in scattering samples
CN111110198A (zh) * 2020-01-10 2020-05-08 北京化工大学 一种生物组织光声波前整形显微成像方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140009808A1 (en) * 2010-01-25 2014-01-09 The Washington University Iteration of optical time reversal by ultrasonic encoding in biological tissue
JP2012124236A (ja) * 2010-12-07 2012-06-28 Technical Research & Development Institute Ministry Of Defence 電波吸収体及びその設計方法
US20130271592A1 (en) * 2011-11-07 2013-10-17 The Regents Of The University Of Colorado High-speed wavefront optimization
US20160356746A1 (en) * 2013-08-26 2016-12-08 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate Imaging through scattering media with high signal to noise ratio and resolution
US20190219527A1 (en) * 2018-01-17 2019-07-18 Donggyu Kim Systems, apparatuses, and methods for optical focusing in scattering samples
CN109557091A (zh) * 2018-11-13 2019-04-02 南京理工大学 一种无序介质通道分析装置和方法
CN111110198A (zh) * 2020-01-10 2020-05-08 北京化工大学 一种生物组织光声波前整形显微成像方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DAIXUAN WU: "《A thorough study on genetic algorithms in feedback-based wavefront shaping》", 《JOURNAL OF INNOVATIVE OPTICAL HEALTH SCIENCES》 *
GUOQIANG HUANG: "《Generalizing the Gerchberg–Saxton algorithm for retrieving complex optical transmission matrices》", 《PHOTONICS RESEARCH》 *
Y.D.CHONG: "《Hidden Black: Coherent Enhancement of Absorption in Strongly Scattering Media》", 《PHYSICAL REVIEW LETTERS》 *
李扬彦: "《无序介质的光场调控与通道分析》", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)基础科学辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114034668A (zh) * 2021-12-13 2022-02-11 中国建筑材料科学研究总院有限公司 石英玻璃光谱透过率的检测装置

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