题 目：基于全介质空间复用超透镜的宽带单芯片全斯托克斯偏振-光谱成像技术

创新点：www.优德88.cpm 光电科学与工程学院王钦华和合作者展示了一种单芯片全介质空间复用超透镜的宽带高效全斯托克斯偏振-光谱成像技术。通过设计特定纳米结构及稀疏孔径排布，同时实现了无动件的高效、高分辨率和高消光比的偏振光谱成像，打破了传统基于偏振器/滤光片的偏振光谱成像的低分辨率及低效率的限制。

关键词：Laser & Photonics Reviews,偏振-光谱成像，全斯托克斯,空间复用，稀疏孔径，全介质超透镜，www.优德88.cpm

分 类：光子；工程；环境；电子；能源；纳米；生物医学与健康

正 文：与传统的强度成像相比，全斯托克斯偏振成像和多光谱成像可以获得物体表面细节、材料组分等更丰富的信息而引起了人们的广泛关注，并成功应用在遥感、生物、医学、检测等领域。传统的偏振/光谱成像系统通过组合分离的体光学元件来获得物体的不同偏振/光谱信息，导致系统体积大，响应慢，并且通常很难将偏振成像和光谱成像两种功能集成到一个系统中。受益于纳米技术的进步，基于超表面的快照式单功能偏振或光谱成像技术得到了广泛发展，主要为将像素式偏振器/彩色滤光片直接与电荷耦合器件（CCD）或互补金属集成氧化物半导体(CMOS)相集成以获得不同的偏振或光谱信息（分割焦平面法）。然而，受到CCD像素数目影响，其光学分辨率与偏振/光谱分辨率之间存在折中和取舍。且由于偏振器/滤光片的固有滤波特性，其能量效率也被限制。

www.优德88.cpm 光电科学与工程学院王钦华和合作者针对这些问题利用单片式全介质空间复用超透镜改善了这些问题：通过设计特定纳米结构以及稀疏孔径排布，同时实现了高效率、高光学分辨率和高偏振消光比的偏振-光谱成像，打破了传统基于偏振器/滤光片的偏振/光谱成像光学分辨率以及能量效率的限制。相关结果发表在Laser & Photonics Reviews上。

在1400-1700 nm波长范围内，该研究团队利用单芯片式全介质空间复用超透镜（spatial multiplexing metalens，SMM）实现了宽带高效的全斯托克斯偏振-光谱（full Stokes polarization-spectral，FSPS)成像。该FSPS-SMM器件由三套离轴的分别同时工作于0°/90°, 45°/135°线偏振及左旋/右旋圆偏振的子超透镜组成。三套子超透镜在空间上以交错方式旋转排布形成整个大稀疏孔径、高光学分辨率的超透镜。研究结果表明，尽管每个子超透镜的有效面积只有全口径超透镜的1/3，但每个子超透镜的光学分辨率均达到了全口径超透镜的衍射极限分辨率。在300 nm的工作波段范围内，线偏振和圆偏振的平均的偏振消光比达到32.8:1，全斯托克斯参数的平均测试误差为6.1%。实验制备的FSPS-SMM的能量效率在设计波长达到81.8%，全波段（300 nm）范围内平均效率为60%，打破了传统基于偏振器的偏振成像能量效率50%的限制。该方法为高效率和高光学分辨率的全斯托克斯偏振-光谱成像及多通道的信息处理提供了新的思想。

该工作受到国家自然基金(No. 61775154, No. 62175173)和江苏省优势学科建设项目（PAPD）的支持。

图(a) FSPS-SMM偏振-光谱成像的物像关系；(b)像平面上不同偏振态和不同波长的图像位置示意图，不同的颜色表示“A”的光谱图像；(c)制备的FSPS-SMM的光学显微镜照片；(d)制备的FSPS-SMM的纳米柱30°视角SEM图像；(e-f)熔石英块和钢尺组合的不同入射波长处的全斯托克斯偏振图像；(h)水膜覆盖的莲花靶标的不同波长的光谱图像。

论文信息：

Broadband single-chip full Stokes polarization-spectral imaging based on all-dielectric spatial multiplexing metalens

Ti Sun, Jingpei Hu, Xiaojun Zhu, Feng Xu, Chinhua Wang

Laser & Photonics Reviews

DOI:10.1002/lpor.202100650

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/lpor.202100650