近日，我院在国际知名光学期刊《Photonics Research》（中科院一区TOP期刊，IF=7.2）上发表研究成果“Focusing light through turbid and thick scattering media via a hybrid genetic neural network algorithm”。
实现穿透动态散射介质的光学聚焦对于生物医学成像、光动力治疗和光学操控等具有重要意义。传统观点认为只有当入射光场波前的调制速度匹配散斑退相关时间时，才能实现有效的光学聚焦。由于散斑退相关时间与散射介质光学厚度呈指数关系，这导致现有光场调制器件只适用于毫米级动态散射介质，例如人体表皮组织。
针对上述问题，该论文提出了穿透动态散射介质聚焦的新机制，通过严谨的实验数据证实了穿透动态散射介质的散斑中含有大量随时间缓慢变化的弹道光和高阶衍射光，为了实现对上述缓变光场的有效调制聚焦，该论文提出了单层神经网络与遗传算法相结合的混合算法——遗传神经网络（Genetic Neural Network GNN）。首先利用欠训练的单层神经网络学习散斑中随时间缓变的光场与波前相位掩模的统计映射关系，预测用于预聚焦的相位掩模；然后利用遗传算法进一步对弹道光和高阶衍射光进行优化调控，实现利用常规调制器件穿透5cm动态散射介质的高质量光学聚焦。进一步的实验结果证实，该方法可以实现探测器最小感光极限条件下的光学聚焦。该论文的研究成果有望为穿透动态散射介质聚焦提供新的解决途径，并将相关应用从微观领域扩展至宏观场景。
福州大学为该论文的唯一完成单位，我院刘宇副教授为论文第一作者，2023级硕士研究生苏鹏为学生第一作者，黄峰研究员为论文通讯作者，其他合作者还包括硕士研究生黄建华、王鹏飞副教授和林惠芳博士。该研究工作受到了国家科技重点项目、国家自然科学基金的资助，是研究院在穿透散射介质成像研究领域中取得的重要突破。
论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.590623
