En ny studie publicerad i Nature , utfört av ett internationellt samarbetsteam ledd av prof. Wei Li från Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) vid den kinesiska vetenskapsakademin, introducerar en ny miniatyriserad fotodetektor som kan karakterisera godtyckliga polariseringstillstånd över ett bredbandsspektrum med en enda enhet och en enda mätning.
"Traditionella fotodetektorer är begränsade till att bara mäta ljusintensiteten. Befintliga polarisations- och spektrumfotodetektorer förlitar sig ofta på den komplexa integrationen av multipla polarisations- eller våglängdskänsliga element i tid eller rum för att förbättra detekteringsförmågan", säger professor Wei Li.
"Strömfotodetektorer offrar vanligtvis en dimension av information för en annan; de kan mäta antingen intensitet och polarisation vid en fast våglängd eller intensitet och våglängd under enhetlig polarisation.
"Denna begränsning innebär att befintliga metoder endast kan detektera ljusfält med förutbestämda polarisations- eller våglängdsvärden som projiceras på ett tredimensionellt parameterutrymme, och därigenom förlora de frihetsgrader som behövs för många naturliga scenarier där ljus kan bära godtyckliga förändringar i polarisation och intensitet över en bred spektrum", säger professor Cheng-Wei Qiu från National University of Singapore.
Teamet utnyttjade rumslig spridning på ett frekvensspridningsgränssnitt för att modulera konvergerande ljusfält med vågvektorberoende svar över olika azimut- och infallsvinkelkanaler. De upptäckte först att, enligt Fresnels formel, uppvisar även de enklaste dispersiva gränssnitten specifik polarisation och våglängdssvar under sned infallsvinkel, vilket kan förstärkas ytterligare genom resonans.
Baserat på detta, genom en enhetlig spridningsfilm, kan gränssnitten kartlägga ljus från alla kanaler som bär rik polarisations- och spektruminformation i en enda avbildning, med hjälp av djupa kvarvarande nätverk för avkodning av högdimensionell polarisation och spektruminformation.
"Vår fotodetektor kan demonstrera hög spektral upplösning och noggrann rekonstruktion av full-Stokes polarisationstillstånd i både teoretiska och experimentella inställningar. Precisionsdetektering av högdimensionell information av vår fotodetektor, såsom ett tvåfärgslaserfält med olika polarisationstillstånd eller bredbandsreflektion från ett guldgränssnitt som uppvisar varierande polarisationstillstånd, uppnås utöver kapaciteten hos kommersiella polarimeter och spektrometer.
"Dessutom kan det här tillvägagångssättet utvidgas till avbildningstillämpningar genom att lägga ihop filmen med en kommersiell mikrolinsuppsättning och sensoruppsättning för att realisera ultrakompakta högdimensionella bilder", säger biträdande professor Chunqi Jin från Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) från den kinesiska vetenskapsakademin.
Prof. Wei Li ser fram emot att ultrabredbandsdetektering kan uppnås genom att integrera kommersiella bredbandsfotodetektorer; detektionsupplösningen kan förbättras ytterligare genom att använda fotoniska kristaller, metasytor och tvådimensionella material istället för befintliga tunnfilmsscheman; och detekteringsförmågan kan ökas i högre dimensioner genom att integrera funktioner som bildbehandling och avståndsmätning.
Dessutom kan kombinationen av fysiska modeller med modeller för djupinlärning förbättra dechiffreringsförmågan och minska mängden priori-resurser som krävs.
Sammanfattningsvis lovar detta tillvägagångssätt att omdefiniera landskapet för högdimensionell fotodetektion och bildteknik, vilket markerar en betydande milstolpe i ljuskarakterisering. Dess förväntade transformativa tillämpningar sträcker sig över olika områden och signalerar en lovande framtid för framsteg inom ljusbaserad teknik.
