基于背散射分析的算法：利用纯相位调制波前增强强散射随机介质中的透射

最近的理论和实验进展揭示了在强背散射随机介质中存在所谓的“完美透射”波前，其透射系数接近 1。这些完美透射本征波前可以通过空间振幅和相位调制来合成。在此，我们考虑利用纯相位调制波前来增强透射的问题。我们开发了物理上可实现的迭代和非迭代算法，通过分析背散射场来增强此类随机介质的透射。我们从理论上证明，尽管存在纯相位调制的约束，只要至少存在一个完美透射本征波前，且透射矩阵的奇异向量遵循最大熵原理从而呈各向同性随机分布，非迭代算法就能实现至少约 25$\pi$% 或约 78.5% 的透射率。我们在二维情况下利用全频谱精确模拟器对纯相位调制透射的极限进行了数值分析，并提供了严格的数值证据，证实了我们在由数十万个非吸收散射体组成且具有周期性边界条件的随机介质中的理论预测。数值模拟表明，我们开发的迭代算法收敛迅速，仅需相对较少的背散射场测量即可产生高透射波前。具体而言，表现最佳的迭代算法仅需 15-20 次测量即可实现约 70% 的透射率；而在非迭代算法可实现约 78.5% 透射率的机制下，后者则需要测量整个模态反射矩阵。