中外合作Nature发文：首次利用单个器件通过单次测量，实现高维度光场信息探测

　　

 

图 基于色散表面的高维光电探测器原理示意图

　　在国家自然科学基金项目（批准号：62134009、62121005、62305328）等资助下，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所李炜研究员、靳淳淇助理研究员及合作者在高维度光场信息探测领域取得新进展，在国际上首次利用单个器件通过单次测量，对宽带光谱范围内具有任意变化的偏振和强度的高维光场进行了全面表征，实现高维度光场信息探测。相关成果以“色散辅助的高维度光电探测器（Dispersion-assisted High-dimensional Photodetector）”为题，于2024年5月15日发表在《自然》（Nature）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07398-w。

　　光场包含强度、偏振、频率、相位等多个维度的信息，同时探测光的强度、偏振和光谱信息至关重要。传统的光电探测器仅限于测量光强度，现有的偏振和光谱探测器通常通过在时间或空间上集成多个偏振或波长敏感元件来增强探测能力。此外，目前的偏振和光谱探测器通常仅能测量固定波长下的强度和偏振或者均匀偏振下的强度和波长信息。在自然界的很多场景中，光场可能携带高维度信息：即在宽光谱范围内携带任意变化的偏振和强度信息，然而现有探测器难以实现对这种信息的探测。

　　研究团队提出利用光学界面的空间色散和频率色散在波矢空间调控偏振和光谱响应的创新思想，配合深度学习方法解码偏振和光谱信息，利用单个器件通过单次测量实现了高维度光场信息的探测（图）。在最新的研究成果中，研究团队在理论和实验上验证了所提出的光电探测器具有高维度光场信息的探测能力且其偏振探测精度及光谱分辨能力与现有先进单一功能的小型偏振仪或光谱仪相当。此外，通过简单地将薄膜与微透镜阵列和成像传感器阵列进行“三明治”式的组合，还能够实现无需对准、单次测量的超集成高维光场成像仪。这一成果为超紧凑、高维度的信息探测和成像探测提供了一条新途径。