Forskere skaber spredningsassisteret fotodetektor til at dechifrere højdimensionelt lys

En ny undersøgelse offentliggjort i Nature , udført af et internationalt samarbejdshold ledet af prof. Wei Li fra Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) fra det kinesiske videnskabsakademi, introducerer en ny miniaturiseret fotodetektor, der er i stand til at karakterisere vilkårlige polarisationstilstande over et bredbåndsspektrum med en enkelt enhed og en enkelt måling.

"Traditionelle fotodetektorer er begrænset til måling af lysintensitet alene. Eksisterende polarisations- og spektrumfotodetektorer er ofte afhængige af den komplekse integration af flere polarisations- eller bølgelængdefølsomme elementer i tid eller rum for at forbedre detektionsevnerne," sagde professor Wei Li.

"Nuværende fotodetektorer ofrer typisk én dimension af information for en anden; de kan måle enten intensitet og polarisering ved en fast bølgelængde eller intensitet og bølgelængde under ensartet polarisering.

"Denne begrænsning betyder, at eksisterende metoder kun kan detektere lysfelter med forudbestemte polariserings- eller bølgelængdeværdier projiceret på et tredimensionelt parameterrum og derved miste de frihedsgrader, der er nødvendige for mange naturlige scenarier, hvor lys kan bære vilkårlige ændringer i polarisering og intensitet over en bred spektrum," sagde professor Cheng-Wei Qiu fra National University of Singapore.

Holdet udnyttede rumlig spredning på en frekvens-spredningsgrænseflade til at modulere konvergerende lysfelter med bølgevektorafhængige svar på tværs af forskellige azimut- og indfaldsvinkelkanaler. De opdagede oprindeligt, at ifølge Fresnels formel udviser selv de simpleste dispersive grænseflader specifik polarisering og bølgelængderesponser under skrå indfald, som kan forstærkes yderligere af resonans.

Baseret på dette, gennem en ensartet spredningsfilm, kan grænsefladerne kortlægge lys fra alle kanaler, der bærer rig polarisering og spektruminformation i en enkelt billeddannelse, hjulpet af dybe resterende netværk til afkodning af højdimensionel polarisering og spektruminformation.

"Vores fotodetektor er i stand til at demonstrere høj spektral opløsning og nøjagtig rekonstruktion af fuld-Stokes polarisationstilstande i både teoretiske og eksperimentelle indstillinger. Præcisionsdetektering af højdimensionel information af vores fotodetektor, såsom et tofarvet laserfelt med forskellige polarisationstilstande eller bredbåndsrefleksion fra en guldgrænseflade, der udviser varierende polarisationstilstande, opnås ud over det kommercielle polarimeters og spektrometers muligheder.

"Derudover kan denne tilgang udvides til billedbehandlingsapplikationer ved at sætte filmen sammen med et kommercielt mikrolinse-array og sensor-array for at realisere ultrakompakt højdimensionelt billedapparat," sagde adjunkt Chunqi Jin fra Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) fra det kinesiske videnskabsakademi.

Prof. Wei Li ser fremad, at ultrabredbåndsdetektion kan opnås ved at integrere kommercielle bredbåndsfotodetektorer; detektionsopløsningen kan forbedres yderligere ved at bruge fotoniske krystaller, metaoverflader og todimensionelle materialer i stedet for eksisterende tyndfilmskemaer; og detektionsevnen kan optrappes i højere dimensioner ved at integrere funktionaliteter såsom billedbehandling og afstandsmåling.

Derudover kan en kombination af fysiske modeller med dybe læringsmodeller forbedre dechifreringsevnen og reducere mængden af ​​de nødvendige forudgående ressourcer.

Afslutningsvis lover denne tilgang at omdefinere landskabet af højdimensionelle fotodetektion og billeddannelsesteknologier, hvilket markerer en væsentlig milepæl i lyskarakterisering. Dets forventede transformative applikationer spænder over forskellige områder og signalerer en lovende fremtid for fremskridt inden for lysbaserede teknologier.