利用复杂介质实现高保真高速波前整形

实现高精度光操控对于通过复杂介质以高保真度传输信息至关重要。然而，现有的空间光调制器件在速度与平面度之间面临根本性的权衡。数字微镜器件（DMDs）作为一种易获取的高速波前整形器件已崭露头角，但其代价是保真度受损，这主要源于有限的控制自由度以及二值振幅掩模数值优化的挑战。本文利用通过复杂介质的稀疏到随机变换来克服空间光调制器件的分辨率限制。我们证明，以稀疏约束波前优化形式进行的图案压缩，允许在复杂介质提供的随机基下对通用图案进行稀疏且鲁棒的波前表示，从而有效解决 DMDs 的维度限制，在不牺牲全帧率（22 kHz）、硬件复杂度或优化时间（1000 帧 0.5 s）的情况下显著提升投影保真度。由于维度限制是空间光调制器件的内在特性，而稀疏到随机变换是复杂介质的内在特性，我们的方法可推广至不同图案类型、复杂介质和器件设置，在不同类型复杂介质上均支持一致优越的性能，投影精度最高提升 89%，散斑抑制改善 126%。所提出的优化框架有望在不改变硬件的情况下增强现有全息装置，实现通过不同散射介质与平台的高保真高速波前整形，并直接促进广泛的物理与现实应用。