使用修正玻恩級數(shù)的多重光散射逆問題求解器

正文

使用修正玻恩級數(shù)的多重光散射逆問題求解器

技術背景：

散射理論描述了波與物質的相互作用眷昆，并用于物理和工程應用的各個領域砸捏。散射理論主要劃分為兩類問題：正向(forward)問題和逆向(inverse)問題谬运。正向問題涉及從已知的結構化介質計算散射場，而逆向問題涉及從一個已知的散射場求結構化介質垦藏。當前已經(jīng)有了數(shù)個被廣泛使用的正向求解器梆暖，如有限差分時域(finite -difference time-domain,FDTD)法就是其中之一。相比之下掂骏，逆向問題被認為要比正向問題的求解更具挑戰(zhàn)性(即便附加各種近似和假設前提)轰驳，這是因為逆向問題是病態(tài)(ill-posed)的，并且計算復雜弟灼。

技術要點：

基于此级解，韓國KAIST的Moosung Lee(一作)和YongKeun Park(通訊)提出了一種高效高效且準確的逆問題求解器田绑。

(1)利用修正的玻恩級數(shù)(modified Born series)來構建逆問題求解器勤哗，可以高效和直接計算逆多重散射，且不需要任何假設前提掩驱；

modified Born series是目前用于模擬非均勻介質中波傳播的最有效的正向求解器之一

(2)反演過程基于物理上直觀的方法芒划，可以很容易地拓展到其它準確的正向求解器。

作者將此方法應用于光學衍射層析成像欧穴，并在數(shù)值和實驗上證明了光學厚樣品的三維重建相比使用基于弱散射近似的傳統(tǒng)方法民逼，保真度更高。

圖1涮帘、所提方法示意圖拼苍。 (a) 給定入射場  和三維散射勢 (v)，正向模型在通過pupil mask (P) 后在探測器處得到散射場和透射場 (y)调缨。（ b ）傳統(tǒng)和修正后的玻恩級數(shù)之間的比較疮鲫。傳統(tǒng)的玻恩級數(shù)通常發(fā)散，但修正后的級數(shù)總是收斂弦叶。(c) 估計的三維與Mie理論和FDTD結果的比較棚点。(d)逆向模型在給定y和的情況下迭代地尋找未知v。這是通過使用修正后的玻恩級數(shù)作為傳播器反向傳播誤差來計算的湾蔓。(e) Rytov近似與所提出的方法之間的重建性能比較瘫析。使用所提出的方法重建的層析圖像以三維形式呈現(xiàn)。(f) 每次迭代的相對誤差曲線默责。200次迭代的最終誤差為 1.7%贬循。

實驗結果：

嵌合抗原受體細胞與K562-CD19細胞形成穩(wěn)定的免疫突觸并在初始接觸后約9 分鐘在靶細胞上誘導凋亡起泡的三維折射率視頻。

參考文獻：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

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