Polarimetri spelar en nyckelroll i breda tillämpningar från fjärranalys och astronomi till biologi och mikroskopi. Traditionella polarimetrisystem är utrustade med en uppsättning polarisatorer, vågplattor, stråldelare eller filter, vilket gör systemen skrymmande och komplexa.
Metasurface, en ny framväxande platt optisk enhet med flexibel ljusmanipuleringsförmåga ger potentiella möjligheter för kompakt polarimetri. Baserat på metasurface har ett välkänt startupföretag som heter Metalenz också lanserat ett Polar ID för konsumentprodukter, som fångar ansiktets unika polarisationsegenskaper för att uppnå en högsäkerhetsfunktion för ansiktsupplåsning.
Hittills kan den metasytebaserade polarimetrin delas in i två kategorier, den ena är metalens-typen, den uppnår Stokes-parametrarna genom fokusintensiteterna under olika polarisationsförspänningar, som oundvikligen lider av den begränsade transversella rumsliga upplösningen.
Den andra är gittertypen, Matrix Fourier-optik möjliggör uppdelning av ljuset med olika polarisationer i olika diffraktionsordningar, och utbredningen och kombinationen av en lins skulle uppta en betydande volym av utrymme. Kravet på högre kompaktitet och rumslig upplösning växer dock med utvecklingen av modern optik.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av vetenskapsmän, ledda av professor Tao Li från Nanjing University, Kina, har utvecklat en icke-interfolierad, interferometrisk metod för att analysera polarisationerna baserat på en tri-kanals kiral metayta i ett lager.
Med inkorporeringen av ett djupt faltningsneuralt nätverk kan polarimetrin fungera på ett snabbt, robust och exakt sätt. Det passar för både rumsligt enhetliga och olikformiga polarisationsmätningar med höga krav på rumslig upplösning. Den rapporterade metoden har fördelarna med kompakthet och hög rumslig upplösning, och skulle inspirera till mer spännande design för detektering och avkänning.
Till skillnad från de andra scheman som erhåller Stokes-parametrarna genom fokusintensiteterna under olika polarisationsförspänningar med olika metasytor, löser detta arbete polarisationerna genom att direkt mäta intensiteten och fasskillnaden med en enda kiral metayta. Den kan stödja polarisationsupplösningen för vektorstrålar som består av linjära, cirkulära och olika elliptiska polarisationer. Forskarna sammanfattar den operativa principen för deras polarimetri:
"Vi designar en kiral metayta för att modulera sampolariseringen och två korspolarisationer oberoende av varandra. Med de visade tre fokallinjerna och skärningspunkterna kan amplitudkontrasten och fasskillnaden för RCP- och LCP-komponenter erhållas för att hämta polarisationsinformationen. Trekanalsmoduleringsförmågan möjliggör polarimetri med hög rumslig upplösning."
"Ett djupt konvolutionellt neuralt nätverk konstruerades för att göra polarimetrin robust med miljön och resultaten kommer ut på en mycket snabb tid", tillade de.
"Den presenterade tekniken kan användas för att analysera de rumsligt olikformiga polarisationstillstånden som vektorstråle. Objekt med liknande morfologiegenskaper medan olika polarisationsegenskaper kan också lätt särskiljas genom metaytan. Det föreslagna schemat kan utan tvekan sträcka sig till andra spektrala band och överensstämma med förbättrade prestandakrav för modern optik", förutspår de.
Mer information: Chen Chen et al, Neural Network assisterad högspatial-upplösning polarimetri med icke-interfolierade kirala metasytor, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01337-6
Tillhandahålls av TranSpread
