常规的光学成像系统要求在探测端放置一个二维整列的探测器来实现图像信息的记录。单像素计算成像是利用一系列已知空间分布的光场对待测目标进行采样,并仅使用一个没有空间分辨能力的探测器进行信号测量,然后利用强度关联算法来恢复待测目标的图像。这种成像方式有助于降低红外波段、X射线波段的成像成本。单光子成像是一种基于量子物理机制的超高灵敏度光电探测成像技术。在弱光信号感知与探测,远距离三维成像、极限环境下成像等方面具有重要的科学意义和广泛的应用价值。而随着光学技术的迅速发展,实现透过散射介质成像已成为相关领域普遍关注的问题。天文学上,星空的光信息穿过大气层通过天文望远镜实现天文观测;医学上,深层组织内的光学信号透过皮肤等组织实现病灶探测; 军事和消防上,透过战场硝烟对地方侦查;交通上,在雾霭天气,透过雾霭清晰观察 行人和车辆确保安全行驶等等。由于散射过程是线性的,因此散射介质对光场的影响可以看做是一种线性变换。因此可以调控光场与散射介质,实现不同的线性变换(幺正操作、逻辑门),从而进行量子信息调控。结构光是指具有特殊空间振幅、相位、偏振、统计分布的光场,如拉盖尔高斯光、厄米高斯光、贝塞尔光、艾里光、散斑光场、Hadamard光场、矢量光等。这些光场或具有无衍射特性、或可进行亚波长汇聚、或可形成正交完备基矢等。我们将研究这些结构光场的传播衍射和统计特性,并利用这些光场进行计算光学成像、单光子成像、透过复杂散射介质成像,并研究复杂散射介质中量子信息传输行为以及量子态的调控。