Polarimetrie speelt een sleutelrol in brede toepassingen, van teledetectie en astronomie tot biologie en microscopie. Traditionele polarimetriesystemen zijn uitgerust met een reeks polarisatoren, golfplaten, bundelsplitsers of filters, waardoor de systemen omvangrijk en complex zijn.

Metasurface, een nieuw opkomend vlak optisch apparaat met flexibele lichtmanipulatiemogelijkheden, biedt potentiële mogelijkheden voor compacte polarimetrie. Gebaseerd op metasurface heeft een bekend startend bedrijf genaamd Metalenz ook een Polar ID voor consumentenproducten gelanceerd, die de unieke polarisatiekenmerken van het gezicht vastlegt om een ​​hoogbeveiligde gezichtsontgrendelingsfunctie te bereiken.

Tot nu toe kan de op metasurface gebaseerde polarimetrie worden onderverdeeld in twee categorieën:de ene is van het metalens-type. Het bereikt de Stokes-parameters via de focusintensiteiten onder verschillende polarisatievooroordelen, die onvermijdelijk lijden onder de beperkte transversale ruimtelijke resolutie.

De andere is van het roostertype. Matrix Fourier-optiek maakt het mogelijk het licht met verschillende polarisaties in verschillende diffractie-orden te splitsen, en de voortplanting en de combinatie van een lens zouden een aanzienlijk ruimtevolume in beslag nemen. De vraag naar hogere compactheid en ruimtelijke resolutie groeit echter met de ontwikkeling van moderne optica.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Tao Li van de Nanjing Universiteit, China, een niet-interleaved, interferometrische methode ontwikkeld om de polarisaties te analyseren op basis van een enkellaags driekanaals chiraal metasurface.

Met de integratie van een diep convolutioneel neuraal netwerk kan de polarimetrie op een snelle, robuuste en nauwkeurige manier werken. Het voldoet aan de eisen voor zowel ruimtelijk uniforme als niet-uniforme polarisatiemetingen met hoge ruimtelijke resolutie-eisen. De gerapporteerde methode beschikt over de voordelen van compactheid en hoge ruimtelijke resolutie, en zou inspireren tot meer intrigerend ontwerp voor detectie en detectie.

Anders dan de andere schema's die de Stokes-parameters verkrijgen via de focusintensiteiten onder verschillende polarisatievooroordelen met verschillende metasurfaces, lost dit werk de polarisaties op door de intensiteit en het faseverschil direct te meten met een enkel chiraal metasurface. Het kan de polarisatieresolutie ondersteunen van vectorbundels die zijn samengesteld uit lineaire, circulaire en verschillende elliptische polarisaties. De onderzoekers vatten het werkingsprincipe van hun polarimetrie samen:

"We ontwerpen een chiraal metasurface om de co-polarisatie en twee kruispolarisaties onafhankelijk van elkaar te moduleren. Met de weergegeven drie brandpuntslijnen en de snijpunten kunnen het amplitudecontrast en het faseverschil van RCP- en LCP-componenten worden verkregen om de polarisatie-informatie op te halen. De driekanaals modulatiemogelijkheid maakt polarimetrie met hoge ruimtelijke resolutie mogelijk."

"Er werd een diep convolutioneel neuraal netwerk gebouwd om de polarimetrie robuust te maken ten opzichte van de omgeving en de resultaten komen binnen zeer korte tijd naar voren", voegde ze eraan toe.

"De gepresenteerde techniek kan worden gebruikt om de ruimtelijk niet-uniforme polarisatietoestanden zoals vectorbundels te analyseren. Objecten met vergelijkbare morfologische kenmerken, terwijl verschillende polarisatiekarakteristieken ook gemakkelijk kunnen worden onderscheiden via het metasurface. Het voorgestelde schema kan zich ongetwijfeld uitbreiden naar andere spectrale banden en voldoen aan de verbeterde prestatie-eisen van moderne optica", voorspellen ze.

Meer informatie: Chen Chen et al, Neuraal netwerkondersteunde polarimetrie met hoge ruimtelijke resolutie met niet-interleaved chirale metasurfaces, Licht:Wetenschap en toepassingen (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01337-6

Aangeboden door TransSpread