將光有效的聚焦到或穿透不透明的散射介質對許多應用來說至關重要，例如光學成像频祝、操縱、治療脆淹、激發(fā)等。然而盖溺，由散射介質中的微觀折射率不均勻引起的光學散射使得入射光的（行走）路徑隨機化漓糙，這對有效傳遞光強造成了巨大的挑戰(zhàn)烘嘱。為了克服這一挑戰(zhàn)昆禽，（研究人員）正在積極開發(fā)和應用波前整形（wavefront shaping, WFS）方法來將光聚焦到或穿透散射介質蝇庭。WFS通過調制入射波前使得不同行走路徑的散射光子在目標位置相長干涉。WFS技術可以分為三類：基于反饋的波前整形哮内、傳輸矩陣求逆北发、光相位共軛（optical phase conjugation, OPC）或光時間反轉（optical time reversal）纹因。前兩類通過一般需要數(shù)千次測量的迭代過程來確定調制波前，這導致系統(tǒng)運行時間相當長瞭恰∮樱基于OPC的WFS方法通過干涉測量直接測量散射場的波前惊畏，隨后生成測量波前的共軛版本作為入射波前恶耽。因此陕截，基于OPC的WFS方法可以實現(xiàn)快速光學聚焦到或穿透散射介質，在涉及動態(tài)樣本的應用中很有前景社搅。
Light Sci. Appl. :利用超聲誘導的光場擾動將光聚焦到散射介質中
技術背景：
將光有效的聚焦到或穿透不透明的散射介質對許多應用來說至關重要猖腕，例如光學成像恨闪、操縱倘感、治療老玛、激發(fā)等。然而钧敞，由散射介質中的微觀折射率不均勻引起的光學散射使得入射光的（行走）路徑隨機化，這對有效傳遞光強造成了巨大的挑戰(zhàn)镜廉。為了克服這一挑戰(zhàn)，（研究人員）正在積極開發(fā)和應用波前整形（wavefront shaping, WFS）方法來將光聚焦到或穿透散射介質桨吊。WFS通過調制入射波前使得不同行走路徑的散射光子在目標位置相長干涉。WFS技術可以分為三類：基于反饋的波前整形视乐、傳輸矩陣求逆敢茁、光相位共軛（optical phase conjugation, OPC）或光時間反轉（optical time reversal）。前兩類通過一般需要數(shù)千次測量的迭代過程來確定調制波前彰檬，這導致系統(tǒng)運行時間相當長∨趼基于OPC的WFS方法通過干涉測量直接測量散射場的波前景图，隨后生成測量波前的共軛版本作為入射波前。因此碉哑，基于OPC的WFS方法可以實現(xiàn)快速光學聚焦到或穿透散射介質，在涉及動態(tài)樣本的應用中很有前景扣典。
盡管通過散射介質對光進行聚焦在當前引起了很多人極大的興趣，但將光聚焦到散射介質中而不是通過散射介質要更加的有實際用途贮尖，且更具有挑戰(zhàn)性笛粘。對于散射介質的光學聚焦，通常需要導星（guidestar）來提供反饋以找到目標波前薪前。已有的幾種導星是：熒光導星、動態(tài)導星关斜、超聲導星。熒光導星和動態(tài)導星是侵入式的，因此不太適用于一般的應用随抠。超聲導星利用聲光調制作為虛擬光源裁着，在非侵入式散射介質內光學聚焦很有應用前景拱她。
當前不足：
目前使用超聲導星在散射介質中進行光學聚焦的技術被稱為時間反轉超聲編碼（time-reversed ultrasonically encoded, TRUE）光學聚焦二驰，是由本文汪立宏組于2011年發(fā)明的（成果發(fā)表在nature photonics上）秉沼。簡單來說，TRUE描述的是：當散射光子通過散射介質內的超聲聚焦場時唬复，一部分光子會發(fā)生頻移，這部分光子稱為超聲標記光子敞咧；記錄超聲標記光子的光場棘捣，然后時間反轉在超聲焦點位置產生光學聚焦點休建。事實上乍恐，TRUE 光學聚焦與超聲調制光學斷層掃描 (UOT) 具有相同的本質，超聲調制光學斷層掃描是一種由超聲輔助的光學成像技術——這兩種技術都檢測和分析散射介質內的頻移光子茵烈，以確定聲光相互作用體積。但是呜投，超聲標記光子通常是一階超聲衍射光子加匈，僅占通過超聲場焦點區(qū)域的所有光子的很小一部分宙彪。大多數(shù)光子保持頻率不變并構成零階衍射場，這通常被認為在 TRUE 光學聚焦中是無用的释漆，甚至是有害的。
文章創(chuàng)新點：
鑒于超聲調制的光學標記效率如此之低男图，值得思考頻移光子是否是引導光學聚焦的非常優(yōu)的選擇示姿。美國加州理工學院的汪立宏組（Zhongtao Cheng：第1作者逊笆，汪立宏：通訊作者）提出一種新的機制栈戳，可以利用零階光子作為信息載體來引導光聚焦到組織內子檀。
原理解析：
（1）零階光子盡管沒有頻移，但是在超聲導星存在的時候會產生光場擾動乃戈。這個擾動是由于在樣品中的超聲聚焦處會誘導樣品折射率發(fā)生變化和散射體發(fā)生位移引起的。這個擾動可以被探測到症虑。
（2）當光子穿過散射介質中的聚焦光場時，光子發(fā)生衍射谍憔。n階衍射光子的頻率是f0+nfa, f0和fa分別是入射光子和超聲的頻率，n=0,±1,±2,…习贫。一般來講，衍射階數(shù)越高沈条，能量越低需忿，大部分能量集中在零階光子，一階光子的能量為總能量的萬分之一到千分之一。
（3）如圖1a所示屋厘，關閉超聲，激光入射散介質议纯，散射光場和參考光束在數(shù)字光相位共軛（DOPC）系統(tǒng)的相機平面發(fā)生干涉，相機記錄下干涉的全息圖溢谤，其強度記為Em_off。
（4）如圖1b世杀，開啟超聲阀参，記錄下散射場和參考場的全息光強Em_on蛛壳。此時的散射場由超聲聚焦區(qū)域的零階光子和超聲聚焦區(qū)域外的光子組成。兩個強度的差值Em_on-Em_off消除超聲聚焦區(qū)域外的光子的貢獻所刀，只留下擾動場的貢獻。
圖1c浮创，在SLM（空間光調制器）上生成Em_on-Em_off的共軛場忧吟，用回放光束照射SLM斩披，即可生成一束時間反轉的光束溜族，這束光在超聲的聚焦位置處會聚。
DOI：https://doi.org/10.1038/s41377-021-00605-7
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