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長(zhǎng)春光機(jī)所等在高維光場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
2024年05月16日 14:56:41
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：8452
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所李煒團(tuán)隊(duì)與合作者在國(guó)際上首次利用單個(gè)器件通過(guò)單次測(cè)量，對(duì)寬帶光譜范圍內(nèi)具有任意變化的偏振和強(qiáng)度的高維光場(chǎng)進(jìn)行了全面表征，實(shí)現(xiàn)了高維度光場(chǎng)信息探測(cè)。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】光場(chǎng)，就是指光在每一個(gè)方向通過(guò)每一個(gè)點(diǎn)的光量，也被用來(lái)描述通過(guò)空間中每一個(gè)點(diǎn)和每一個(gè)方向的光的量的一個(gè)函數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，光場(chǎng)是空間中同時(shí)包含位置和方向信息的四維光輻射場(chǎng)的參數(shù)化表示，是空間中所有光線光輻射函數(shù)的總體。涵蓋了光線在傳播過(guò)程中所有的信息，包括光線強(qiáng)度、位置、方向等。
光場(chǎng)中的光譜探測(cè)與偏振探測(cè)包含物體的物質(zhì)組成和表面形貌等信息，在光通信、遙感、工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療診斷、化學(xué)分析、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值。然而，傳統(tǒng)的光電探測(cè)器僅限于測(cè)量光強(qiáng)度，現(xiàn)有的偏振和光譜探測(cè)器通常在時(shí)間或空間上集成多個(gè)偏振或波長(zhǎng)敏感元件來(lái)增強(qiáng)探測(cè)能力。此外，目前的偏振和光譜探測(cè)器通常僅能夠測(cè)量固定波長(zhǎng)下的強(qiáng)度和偏振或均勻偏振下的強(qiáng)度和波長(zhǎng)信息。然而，在自然界的很多場(chǎng)景中，光場(chǎng)可能在寬光譜范圍內(nèi)攜帶任意的偏振和強(qiáng)度變化，而現(xiàn)有探測(cè)器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這種高維度信息的探測(cè)。
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所李煒團(tuán)隊(duì)與合作者在國(guó)際上首次利用單個(gè)器件通過(guò)單次測(cè)量，對(duì)寬帶光譜范圍內(nèi)具有任意變化的偏振和強(qiáng)度的高維光場(chǎng)進(jìn)行了全面表征，實(shí)現(xiàn)了高維度光場(chǎng)信息探測(cè)。
該研究提出了利用光學(xué)界面的空間色散和頻率色散特性以在波矢空間對(duì)偏振和光譜響應(yīng)進(jìn)行調(diào)控的創(chuàng)新思想，能夠?qū)⒏呔S光場(chǎng)的信息全部映射到單次成像結(jié)果之中。此外，該研究還通過(guò)深度學(xué)習(xí)方法來(lái)解碼偏振和光譜信息，實(shí)現(xiàn)了高維度光信息的探測(cè)，具有與現(xiàn)有先進(jìn)單一功能的小型偏振儀或光譜儀相當(dāng)?shù)奶綔y(cè)精度。
同時(shí)，李煒團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單地將薄膜與微透鏡陣列和成像傳感器陣列進(jìn)行“三明治”式的組合，實(shí)現(xiàn)了無(wú)需對(duì)準(zhǔn)、單次測(cè)量的超集成高維光場(chǎng)成像儀。這一成果為超緊湊、高維度的信息探測(cè)和成像探測(cè)開(kāi)辟了新途徑，并且有望在未來(lái)應(yīng)用于光學(xué)通信、光學(xué)成像、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
研究發(fā)現(xiàn)，這一方法具有超寬帶探測(cè)的潛力；利用這種波矢空間的響應(yīng)能力，該方法可以進(jìn)一步與圖像處理、測(cè)距等功能相集成，以實(shí)現(xiàn)更高維度的光場(chǎng)探測(cè)。同時(shí)，研究顯示，利用光子晶體、超表面、二維材料等代替薄膜結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提高探測(cè)分辨率和集成能力。此外，將其中的物理模型與深度學(xué)習(xí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以增強(qiáng)解算能力并降低所需先驗(yàn)數(shù)據(jù)量，這是未來(lái)的研究方向。
相關(guān)研究成果以Dispersion-assisted High-dimensional Photodetector于近日發(fā)表在《自然》(Nature)上。
參考來(lái)源： 中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
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