使用修正玻恩级数的多重光散射逆问题求解器

正文

使用修正玻恩级数的多重光散射逆问题求解器

技术背景：

散射理论描述了波与物质的相互作用，并用于物理和工程应用的各个领域。散射理论主要划分为两类问题：正向(forward)问题和逆向(inverse)问题。正向问题涉及从已知的结构化介质计算散射场，而逆向问题涉及从一个已知的散射场求结构化介质。当前已经有了数个被广泛使用的正向求解器，如有限差分时域(finite -difference time-domain,FDTD)法就是其中之一。相比之下，逆向问题被认为要比正向问题的求解更具挑战性(即便附加各种近似和假设前提)，这是因为逆向问题是病态(ill-posed)的，并且计算复杂。

技术要点：

基于此，韩国KAIST的Moosung Lee(一作)和YongKeun Park(通讯)提出了一种高效高效且准确的逆问题求解器。

(1)利用修正的玻恩级数(modified Born series)来构建逆问题求解器，可以高效和直接计算逆多重散射，且不需要任何假设前提；

modified Born series是目前用于模拟非均匀介质中波传播的最有效的正向求解器之一

(2)反演过程基于物理上直观的方法，可以很容易地拓展到其它准确的正向求解器。

作者将此方法应用于光学衍射层析成像，并在数值和实验上证明了光学厚样品的三维重建相比使用基于弱散射近似的传统方法，保真度更高。

图1、所提方法示意图。 (a) 给定入射场  和三维散射势 (v)，正向模型在通过pupil mask (P) 后在探测器处得到散射场和透射场 (y)。（ b ）传统和修正后的玻恩级数之间的比较。传统的玻恩级数通常发散，但修正后的级数总是收敛。(c) 估计的三维与Mie理论和FDTD结果的比较。(d)逆向模型在给定y和的情况下迭代地寻找未知v。这是通过使用修正后的玻恩级数作为传播器反向传播误差来计算的。(e) Rytov近似与所提出的方法之间的重建性能比较。使用所提出的方法重建的层析图像以三维形式呈现。(f) 每次迭代的相对误差曲线。200次迭代的最终误差为 1.7%。

实验结果：

嵌合抗原受体细胞与K562-CD19细胞形成稳定的免疫突触并在初始接触后约9 分钟在靶细胞上诱导凋亡起泡的三维折射率视频。

参考文献：Moosung Lee, Hervé Hugonnet, and YongKeun Park, "Inverse problem solver for multiple light scattering using modified Born series," Optica 9, 177-182 (2022)

DOI：https://doi.org/10.1364/OPTICA.446511

关于昊量光电：

上海昊量光电设备有限公司是国内知名光电产品专业代理商，代理品牌均处于相关领域的发展前沿；产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，涉及应用领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及更细分的前沿市场如量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务。

 

您可以通过昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。

 

本文章经光学前沿授权转载,商业转载请联系获得授权。