神经网络辅助非交错手性超表面的高空间分辨率偏振测量
发布时间：2024-02-09 04:00:04 阅读数： 576
手性超表面偏振法的工作原理。学分:光:科学与应用(2023)。DOI: 10.1038/s41377-023-01337-6从遥感、天文学到生物学和显微学，偏振法在广泛的应用中起着关键作用。传统的偏振测量系统配备了一组偏振器、波片、分束器或滤光片，使得系统体积庞大且复杂。
超表面作为一种新型平面光学器件，凭借灵活的光操作能力，为紧凑型偏振测量提供了巨大潜力。其中，手性超表面作为超表面的重要分支，在偏振检测领域展现出独特优势 —— 知名创业公司 Metalenz 基于相关技术推出的 Polar ID，已能捕捉人脸独特的极化特征，实现高安全性的人脸解锁功能，印证了超表面在偏振测量中的实用价值。
传统超表面偏振测量的局限与突破需求
目前，基于超表面的偏振测量主要分为两类：一类是超透镜型，通过不同偏振偏差下的聚焦强度获取 Stokes 参数，但受限于横向空间分辨率；另一类是光栅型，依赖矩阵傅里叶光学使不同偏振光分裂为不同衍射阶，却因透镜传播和组合占用大量空间。随着现代光学技术发展，对偏振测量的紧凑度和空间分辨率要求日益提高，传统方法难以满足，亟需新方案突破。
神经网络辅助非交错手性超表面：高空间分辨率偏振测量的新方案
在《光：科学与应用》杂志发表的新研究中，中国南京大学李涛教授团队开发了神经网络辅助的非交错手性超表面方法，通过单层三通道手性超表面实现非交错干涉式偏振分析。该方法结合深度卷积神经网络，成功实现快速、鲁棒且准确的极化测量，既能满足空间均匀偏振测量需求，更能应对非均匀场景，核心优势在于高空间分辨率。这种结构紧凑、分辨率优异的方案，有望推动更多创新检测与传感设计的发展。
非交错手性超表面的工作原理：从光调制到偏振信息检索
与传统通过不同偏振偏置下的聚焦强度获取 Stokes 参数的方法不同，该方案通过直接测量单个非交错手性超表面的强度和相位差解决偏振问题，可支持线性、圆形及各类椭圆偏振组成的矢量光束的偏振分辨。
研究团队总结其工作原理：“我们设计的非交错手性超表面能独立调制共极化和两个交叉极化，利用呈现的三条焦点线及交点，可获取 RCP（右旋圆偏振）和 LCP（左旋圆偏振）分量的幅值对比与相位差，进而检索偏振信息。这种三通道调制能力，正是非交错手性超表面实现高空间分辨率偏振测量的关键?！?br>
同时，团队补充：“构建的深度卷积神经网络提升了方法对环境的鲁棒性，能在极短时间内输出结果?！?这一结合让非交错手性超表面不仅适用于矢量光束等空间非均匀偏振态分析，还能轻松区分形貌相似但极化特征不同的物体。
应用前景：从光谱扩展到性能升级
研究团队预测：“该神经网络辅助非交错手性超表面方案可扩展至其他光谱波段，完全契合现代光学对高性能偏振测量的需求?！?未来，在精密检测、生物传感、机器视觉等领域，这种高空间分辨率的偏振测量技术或将成为核心支撑，推动更多光学应用场景的升级。
