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申请/专利权人：华侨大学

摘要：本发明公开一种透过散射介质的复杂光场的调控方法及装置，包括：激光器光束经准直、偏振和扩束处理后入射到光场调控装置；光场调控装置加载掩膜对入射光场进行调制；调制后的入射光场经散射介质扰乱后形成未知的散斑光场，散斑光场输入到波前成像系统中；波前成像系统计算输出未知散斑光场的复振幅信息即振幅和相位信息；元启发式优化算法基于波前成像系统输出的入射光场与目标光场的振幅和相位的相关度评估光场调控质量，反馈输出优化信息，不断优化入射光场的复振幅分布，最终实现透过散射介质的复杂光场的调控。本发明基于高分辨率波前成像系统和智能元启发式优化算法，能够在任意调控目标下对透过散射介质的光场实现振幅和相位的二维调控。

主权项：1.一种透过散射介质的复杂光场的调控方法，其特征在于，包括：打开激光光源；对激光器发出的光束进行准直、偏振和扩束处理后入射到光场调控装置；所述光场调控装置加载掩膜对入射光场进行调制；调制后的入射光场透过散射介质形成未知的散斑光场并输入到波前成像系统作为输入信号；所述波前成像系统计算输出透过散射介质的入射光场的复振幅信息，所述复振幅信息包括振幅信息和相位信息；所述入射光场的复振幅信息与目标光场的复振幅信息的相关度作为元启发式优化算法评估光场调控质量的标准，所述元启发式优化算法按照特定的优化模式反馈输出优化信息，从而不断优化入射光场的复振幅分布，最终实现对透过散射介质的复杂光场的调控；其中，所述元启发式优化算法包括基于种群策略的优化模式，将多个掩膜作为优化变量，在该策略下称为种群；掩膜可行域作为约束条件；入射光场的复振幅信息与目标光场的复振幅信息之间的相关度即分别包括振幅相关度和相位相关度作为目标函数；基于种群策略的优化模式的元启发式优化算法通过特定算子规则可实现在约束条件下使得目标函数达到最优值，具体步骤如下：步骤a1、光场调控装置加载随机生成的N个掩膜，经散射介质后由波前成像系统计算输出由N个掩膜调制的入射光场的复振幅信息，将入射光场与目标光场的之间的振幅相关度和相位相关度作为K个目标函数，并计算所对应的目标函数值；步骤a2、根据目标函数值，基于特定的排序方法对种群变量进行优劣排序，即对N个掩膜对入射光场的调控质量进行优劣排序，并从中选取Z个优胜个体；步骤a3、种群中的个体按照一定产生规则读取优胜个体并更新自身状态，生成一个新的掩膜种群；步骤a4、重复步骤a1-a3，直到满足预设优化目标或优化进程达到收敛，最终在光场调控装置加载优化后的掩膜将得到优化后的入射光场呈现出目标振幅和目标相位的分布；或者，所述元启发式优化算法包括基于单一解策略的优化模式，将单个掩膜作为优化变量；相位可行域作为约束条件，在约束条件内穷举或随机改变掩膜作为候选解；入射光场的复振幅信息与目标光场的复振幅信息之间的相关程度即分别包括振幅相关度和相位相关度作为目标函数，具体步骤如下：步骤b1、光场调控装置加载随机生成的1个初始掩膜，经散射介质后由波前成像系统计算输出由该掩膜调制的入射光场的复振幅信息，将调制后的入射光场与目标光场的之间的振幅相关度和相位相关度作为K个目标函数，并计算所对应的目标函数值；步骤b2、按照特定的生成规则产生M个候选解，即更新M个掩膜；步骤b3、将更新的M个掩膜候选解加载到光场调控装置中对入射光场进行调制，在经过散射介质后由波前成像系统计算M个相应掩膜调制后的入射光场的复振幅信息，并计算出M个掩膜变量所对应的目标函数值；步骤b4、比较M个掩膜候选解与本次迭代中的初始掩膜的目标函数值大小，判别接受候选解，将其中最优掩膜设定为本次迭代中的局部最优掩膜并设定为下一次迭代的初始掩膜；步骤b5、重复步骤b1-b4，直到满足预设优化目标或优化进程达到收敛，最终在光场调控装置中加载优化后的掩膜将得到优化后的入射光场呈现出目标振幅和目标相位的分布。

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