Een nieuwe studie gepubliceerd in Nature , uitgevoerd door een internationaal samenwerkingsteam onder leiding van prof. Wei Li van het Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen, introduceert een nieuwe geminiaturiseerde fotodetector die in staat is willekeurige polarisatietoestanden over een breedbandspectrum te karakteriseren met één enkel apparaat en één enkele meting.

"Traditionele fotodetectoren zijn beperkt tot het meten van alleen de lichtintensiteit. Bestaande polarisatie- en spectrumfotodetectoren zijn vaak afhankelijk van de complexe integratie van meerdere polarisatie- of golflengtegevoelige elementen in tijd of ruimte om de detectiemogelijkheden te verbeteren", aldus professor Wei Li.

"De huidige fotodetectoren offeren doorgaans de ene informatiedimensie op voor de andere; ze kunnen intensiteit en polarisatie meten bij een vaste golflengte of intensiteit en golflengte onder uniforme polarisatie.

"Deze beperking betekent dat bestaande methoden alleen lichtvelden kunnen detecteren met vooraf bepaalde polarisatie- of golflengtewaarden geprojecteerd op een driedimensionale parameterruimte, waardoor de vrijheidsgraden verloren gaan die nodig zijn voor veel natuurlijke scenario's waarin licht willekeurige veranderingen in polarisatie en intensiteit over een breed spectrum kan dragen." spectrum", zegt professor Cheng-Wei Qiu van de Nationale Universiteit van Singapore.

Het team maakte gebruik van ruimtelijke spreiding op een frequentie-dispersie-interface om convergerende lichtvelden te moduleren met wavevector-afhankelijke reacties over verschillende azimutale en invallende hoekkanalen. Ze ontdekten aanvankelijk dat, volgens de formule van Fresnel, zelfs de eenvoudigste dispersieve grensvlakken specifieke polarisatie- en golflengtereacties vertonen onder schuine inval, die verder kunnen worden versterkt door resonantie.

Op basis hiervan kunnen de interfaces, via een uniforme dispersiefilm, licht uit alle kanalen met rijke polarisatie- en spectruminformatie in één enkele afbeelding in kaart brengen, geholpen door diepe restnetwerken voor het decoderen van hoogdimensionale polarisatie- en spectruminformatie.

"Onze fotodetector is in staat een hoge spectrale resolutie en nauwkeurige reconstructie van volledige Stokes-polarisatietoestanden aan te tonen in zowel theoretische als experimentele omgevingen. Precisiedetectie van hoogdimensionale informatie door onze fotodetector, zoals een tweekleurig laserveld met verschillende polarisatietoestanden of breedbandreflectie van een gouden interface die verschillende polarisatietoestanden vertoont, wordt bereikt buiten de mogelijkheden van commerciële polarimeters en spectrometers.

"Bovendien kan deze aanpak worden uitgebreid naar beeldvormingstoepassingen door de film te combineren met een commerciële microlensarray en sensorarray om een ​​ultracompacte, hoogdimensionale beeldsensor te realiseren", zegt assistent-professor Chunqi Jin van het Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics. (CIOMP) van de Chinese Academie van Wetenschappen.

Vooruitkijkend stelt prof. Wei Li zich voor dat ultrabreedbanddetectie kan worden bereikt door commerciële breedbandfotodetectoren te integreren; de detectieresolutie kan verder worden verbeterd door fotonische kristallen, metasurfaces en tweedimensionale materialen te gebruiken in plaats van bestaande dunne-filmschema's; en de detectiecapaciteit kan in hogere dimensies worden vergroot door functionaliteiten zoals beeldverwerking en afstandsmeting te integreren.

Bovendien kan het combineren van fysieke modellen met deep learning-modellen het ontcijferingsvermogen vergroten en de hoeveelheid benodigde priori-bronnen verminderen.

Concluderend belooft deze aanpak het landschap van hoogdimensionale fotodetectie- en beeldvormingstechnologieën te herdefiniëren, wat een belangrijke mijlpaal markeert in de karakterisering van licht. De verwachte transformatieve toepassingen ervan strekken zich uit over diverse gebieden, wat een veelbelovende toekomst aangeeft voor vooruitgang in op licht gebaseerde technologieën.