中新網(wǎng)長(zhǎng)春5月16日電 (記者 郭佳)記者16日從中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所獲悉，該所科研人員發(fā)現(xiàn)了高維度光場(chǎng)信息探測(cè)新方法，在高維光場(chǎng)探測(cè)領(lǐng)域取得突破性科研進(jìn)展。
該研究近期在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表，題目為“Dispersion-assisted High-dimensional Photodetector”(色散輔助的高維光電探測(cè)器)。這是該所首次以第一完成單位在《自然》發(fā)表論文。
高維度光場(chǎng)探測(cè)方法的工作原理示意圖。 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所供圖光場(chǎng)包含強(qiáng)度、偏振、頻率、相位等多個(gè)維度的信息，在光通信、遙感、工業(yè)檢測(cè)、醫(yī)療診斷、化學(xué)分析等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)光電探測(cè)器僅限于測(cè)量光強(qiáng)度，現(xiàn)有的偏振和光譜探測(cè)器通常通過(guò)在時(shí)間或空間上集成多個(gè)偏振或波長(zhǎng)敏感元件來(lái)增強(qiáng)探測(cè)能力，并且通常僅能測(cè)量固定波長(zhǎng)下的強(qiáng)度和偏振或均勻偏振下的強(qiáng)度和波長(zhǎng)信息。
然而，在自然界的很多場(chǎng)景中，光場(chǎng)可能在寬光譜范圍內(nèi)攜帶任意的偏振和強(qiáng)度變化，而現(xiàn)有探測(cè)器難以實(shí)現(xiàn)對(duì)這種高維度信息的探測(cè)。對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所研究團(tuán)隊(duì)與合作者在國(guó)際上首次利用單個(gè)器件通過(guò)單次測(cè)量，對(duì)寬帶光譜范圍內(nèi)具有任意變化的偏振和強(qiáng)度的高維光場(chǎng)進(jìn)行了全面表征，取得了高維度光場(chǎng)信息探測(cè)這一突破性進(jìn)展。
該研究利用光學(xué)界面的空間色散和頻率色散特性，在波矢空間對(duì)偏振和光譜響應(yīng)進(jìn)行調(diào)控，將高維光場(chǎng)的信息全部映射到單次成像結(jié)果之中，再配合深度學(xué)習(xí)方法來(lái)解碼偏振和光譜信息，最終實(shí)現(xiàn)高維度光信息的探測(cè)。
此外，通過(guò)簡(jiǎn)單地將薄膜與微透鏡陣列和成像傳感器陣列進(jìn)行“三明治”式的組合，還能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)需對(duì)準(zhǔn)、單次測(cè)量的超集成高維光場(chǎng)成像儀。這一突破性成果為超緊湊、高維度的信息探測(cè)和成像探測(cè)開(kāi)辟了一條新途徑。
研究團(tuán)隊(duì)指出，這種方法具有超寬帶探測(cè)的潛力，并且利用這種波矢空間的響應(yīng)能力，所提出的方法可以進(jìn)一步與圖像處理、測(cè)距等功能相集成，以實(shí)現(xiàn)更高維度的光場(chǎng)探測(cè)。此外，進(jìn)一步對(duì)其中的物理模型與深度學(xué)習(xí)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以增強(qiáng)解算能力并降低所需先驗(yàn)數(shù)據(jù)量，也是未來(lái)的研究方向。
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所博士生范延?xùn)|、黃偉安和朱菲為論文的共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所研究員李煒、助理研究員靳淳淇和新加坡國(guó)立大學(xué)教授仇成偉為共同通訊作者。(完)