学位论文简介
在光通信以及主动照明成像的过程中，大气雨雾、水下杂质等散射介质的影响不可避免。由于散射介质的存在，光束波前会随着散射强度的增加而产生畸变，这种不利影响给激光稳定传输、基于轨道角动量的室外光通信、关联成像等领域带来巨大的挑战。在室外环境研究散射介质对激光传输的影响较为困难，因此在数值上建立可靠的散射模型有利于预测实际环境中散射介质对光信号的影响程度，进而在实际光通信以及关联成像等应用中选择合适的优化方案消除散射介质的影响。尽管对散射模型的研究很多，但含有较为全面的散射介质物理参数的多次散射模型较为缺乏。因此，本文建立了一个新的散射模型并对模型进行了验证，基于散射模型讨论了散射介质对涡旋光轨道角动量以及关联成像的影响规律。取得了以下创新成果：
基于Mie散射理论以及相位屏的方法，建立了一个集成有较全面散射介质物理参数的散射模型，并通过实验来校验模型。同时为便于一些优化算法譬如深度学习的使用，基于模型总结了散射介质的相位影响与其物理参数的经验式子。
基于散射模型，厘清了散射介质对涡旋光轨道角动量谱的影响规律，提出并验证了抑制散射影响的方案以确保涡旋光的稳定传输。针对散射介质对轨道角动量谱所造成的串扰问题，提出了两种解决方案：其一，选择合适的探测器的接收孔径抑制串扰；其二，提出利用幅值加成的相位迭代算法提取干扰相位的预补偿方案。
建立了散射介质影响下关联成像系统数值模型，得到了散射介质物理参数变化时，关联成像质量的变化规律。针对散射介质带来的消极影响，提出了减法关联成像的优化方案来消除关联成像过程中散射介质的消极影响。
建立了散射介质影响下二值量化关联成像模型，揭示了散射介质对关联成像的积极影响。此外，针对物体后的障碍物限制了关联成像视场的问题，提出在障碍物后加入散射介质可以改变光路传输方向，从而扩大关联成像视场的方案。
主要学术成果
Qin Fu, Yanfeng Bai, Xanwei Huang, Suqin Nan, Peiyi Xie, Xiquan Fu. Positive influence of the scattering medium on reflective ghost imaging [J]. Photonics Research, 2019, 7(12): 1468-1472. (SCI一区)
Qin Fu, Yanfeng Bai, Wei Tan, Suqin Nan，Xiquan Fu. Principle of subtraction ghost imaging in scattering medium [J]. Chinese Physics B, 2023, 32, 064203. (SCI三区)
Liyu Zhou, Xianwei Huang, Qin Fu, Xuanpengfan Zou, Yanfeng Bai, Xiquan Fu. Fine edge detection in single-pixel imaging [J]. Chinese Optics Letters, 2021, 19(12): 121101. (SCI二区)
Wei Tan, Xianwei Huang, Teng Jiang, Suqin Nan, Qin Fu, Xuanpengfan Zou, Yanfeng Bai, Xiquan Fu. Critical resolution in ghost imaging system with pseudo-thermal light [J]. Results in Physics, 2022, 32: 105104. (SCI二区)
Wei Tan, Yanfeng Bai, Xianwei Huang, Teng Jiang, Suqin Nan, Qin Fu, Xuanpengfan Zou, Xiquan Fu. Enhancing critical resolution of a ghost imaging system by using a vortex beam. Optics Express, 2022, 30(9): 14061-14072. (SCI二区)
