洞察器嵌入式颗粒系統中的时间反演镜像：测量超声扩散系数的方法

我们展示了如何利用时间反演实验测量在多散射介质（如稠密颗粒系統中）中超声传播的扩散系数 $D$。这一实验方法需要一种前所未有的实验装置：在散射平均自由路径远大于散射样本远场中置入的阵列换能器的深度处，嵌入一个充当时间反演镜像（TRM）的压电换能器。阵列的一个元素发出短脉冲，TRM 记录由此产生的超声场，包括球面相干波和尾波。当将整个尾波进行时间反演并从TRM重新发射时，观察到其在原源位置聚焦，聚焦斑点大小随TRM深度的倒数而减小，这特征符合扩散规律。对尾波中不同时间 $t$ 选取的短窗口进行时间反演，显示其聚焦斑点大小随时间的平方根倒数减小，即 $1 / \sqrt{Dt}$。通过将微观扩散理论的预测拟合到实验数据，我们能够准确测量颗粒系統中的扩散系数。值得注意的是，该方法无需进行ensemble平均，由于时间反演对统计波动具有稳定性。