用于光谱和偏振椭圆率识别和重建的多焦点超透镜

04 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerk新闻) 的新出版物 光电科学 (“用于光谱和偏振椭圆率识别和重建的多焦点超透镜”）考虑用于光谱和偏振椭圆率识别和重建的多焦点超透镜。 作为光的基本特性，光谱和偏振携带着有关光波传播的重要信息。例如，光谱成像可以反映物体的材料成分，而偏振成像包含有关表面纹理、光偏振和/或场景光学属性的空间分布的信息。 由于光波长和偏振提供的关键信息，多光谱和偏振成像技术在考古学、生物学、遥感和天文学等各个科学技术领域引起了极大的兴趣。 传统的多光谱和偏振成像设备基于滤光片和偏振分析仪，通常需要多次拍摄才能收集所需的光学信息，并且由笨重的多通道系统或机械移动部件组成，难以集成到紧凑的集成光学系统中。 图 1. 光谱和偏振椭圆率解析的多焦点超透镜的设计。 （图片来源：Compuscript） 超表面 已经证明可以实现对光特性（例如相位、振幅和偏振态）的完全控制。超表面作为由亚波长纳米结构组成的二维光学器件，适合集成系统的设计。如今，超表面已用于许多不同类型的功能光学设备，例如光学显示器、轨道角动量设备、分束器、超全息元件和光场成像。 为了实现集成和紧凑的设计，超表面元件已被用于偏振和多光谱光学系统。然而，仍然缺乏能够同时实现光谱和偏振分辨功能，同时保持良好的大数值孔径（NA）成像性能的超透镜器件。从技术角度来看，虽然至少需要三个投影才能确定偏振态，但庞加莱球的经度（也表示为偏振椭圆率）也能反映场景的丰富信息。 华中科技大学熊伟教授、夏劲松教授、高辉教授研究组提出了一种光谱和偏振椭圆率解析多焦点超透镜（SPMM）方法，实现光谱和偏振椭圆率无需任何移动部件或庞大的光谱和偏振光学器件即可实现高分辨率成像。 图 2. 使用带有激光源的 SPMM 进行多光谱和偏振成像。 （图片来源：Compuscript） 与之前演示的常见多光谱或偏振成像系统不同，SPMM 由于在不同位置有 XNUMX 个与光谱和偏振相关的图像，因此只需一次拍摄即可收集所需的光学信息，从而简化了收集光学信息的过程。 在此 SPMM 设计中，可以通过调整入射光束的偏振椭圆率和/或光谱来改变焦点/成像平面上焦点/图像的位置和强度。因此，所开发的SPMM器件同时具有特定偏振椭圆率和离散波长（或谱带）的检测和重建能力，同时保持超透镜的聚焦和成像等正常功能。 SPMM采用共享孔径设计，在相同的制造尺寸和焦距下，由于其NA比所报道的微金属透镜阵列设计更大，因此具有优越的成像性能。 SPMM 的实验演示使用相干光和非相干光进行，以证明其普遍适用性。 来自成像物体的光包含与多个波长和偏振椭圆率相关的丰富信息，这些信息在传统的基于强度的成像方法中通常会丢失或忽略。为了解决这个问题，SPMM 在不同位置生成十二个焦点或图像，对应于六个光谱带和两个正交圆偏振态。 此外，通过识别聚焦/成像位置和相应的相对强度，可以解析和重建与特定对象区域相关的光谱和偏振椭圆率（线性、椭圆形或圆形）。 图 3. 使用 SPMM 和普通白光束进行多光谱和偏振成像。 （图片来源：Compuscript） SPMM的设计和物理机制基于几何相位和全息术原理。为了实现横向色散超透镜，可以通过全息原理将具有不同工作波长且在不同位置具有相应焦点的多个透镜的相位分布编码到单个超表面元件。 通过将这两个哈达玛乘积结果相加即可获得偏振相关的超透镜设计。该超透镜的焦点位置可以通过改变入射光束的偏振来切换。因此，通过将两个横向色散的超透镜随机组合为单个超表面元素，可以获得具有1个焦点的SPMM，如图2所示。 与现有基于微超透镜阵列的特殊超表面光谱或偏振检测元件相比，通过普通相干光源（图3）和非相干光源（图XNUMX）的SPMM成像演示，该工作表现出它具有构建超紧凑多光谱和偏振成像设备的实际潜力，无需使用复杂的光谱滤波器或机械移动部件进行多通道设计。 此外，这种 SPMM 概念可以扩展到庞加莱球上任意经纬度点的重建，并通过改进的超透镜设计和纳米加工技术实现更精细的光谱带划分。

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• Sumber: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62735.php