Neuralt netværk assisteret høj-spatial opløsning polarimetri med ikke-interleaved chirale metasurfaces

Polarimetri spiller en nøglerolle i brede anvendelser fra fjernmåling og astronomi til biologi og mikroskopi. Traditionelle polarimetrisystemer er udstyret med et sæt polarisatorer, bølgeplader, stråledelere eller filtre, hvilket gør systemerne omfangsrige og komplekse.

Metasurface, en ny spirende flad optisk enhed med fleksibel lysmanipulationsevne giver potentielle muligheder for kompakt polarimetri. Baseret på metasurface har en velkendt startup-virksomhed ved navn Metalenz også lanceret et Polar ID til forbrugerprodukter, som fanger ansigtets unikke polarisationskarakteristika for at opnå en højsikkerhedsfunktion til ansigtslåsning.

Indtil videre kan den metasurface-baserede polarimetri opdeles i to kategorier, den ene er metalens-typen, den opnår Stokes-parametrene gennem fokusintensiteterne under forskellige polarisationsforstyrrelser, som uundgåeligt lider af den begrænsede tværgående rumlige opløsning.

Den anden er gittertypen, Matrix Fourier-optik muliggør opsplitning af lyset med forskellige polariseringer i forskellige diffraktionsrækkefølger, og udbredelsen og kombinationen af ​​en linse ville optage et betydeligt rumfang. Kravet om højere kompaktitet og rumlig opløsning vokser dog med udviklingen af ​​moderne optik.

I et nyt papir offentliggjort i Light:Science &Applications , et team af videnskabsmænd, ledet af professor Tao Li fra Nanjing University, Kina, har udviklet en ikke-sammenflettet, interferometrisk metode til at analysere polarisationerne baseret på en enkeltlags tri-kanal chiral metasurface.

Med inkorporeringen af ​​et dybt foldet neuralt netværk kan polarimetrien arbejde på en hurtig, robust og præcis måde. Det passer til regningen for både rumligt ensartede og uensartede polarisationsmålinger med høje rumlige opløsningskrav. Den rapporterede metode har fordelene ved kompakthed og høj rumlig opløsning og ville inspirere til mere spændende design til detektering og sansning.

Forskelligt fra de andre skemaer, der opnår Stokes-parametrene gennem fokusintensiteterne under forskellige polarisationsforstyrrelser med forskellige metasurfaces, løser dette arbejde polarisationerne ved direkte at måle intensiteten og faseforskellen med en enkelt chiral metasurface. Det kan understøtte polarisationsopløsningen af ​​vektorstråler sammensat af lineære, cirkulære og forskellige elliptiske polariseringer. Forskerne opsummerer det operationelle princip for deres polarimetri:

"Vi designer en chiral metasurface til at modulere co-polarisationen og to krydspolariseringer uafhængigt. Med de viste tre fokale linjer og skæringspunkterne kan amplitudekontrasten og faseforskellen af ​​RCP- og LCP-komponenter opnås for at hente polarisationsinformationen. Muligheden for trekanalsmodulation muliggør polarimetri med høj rumlig opløsning."

"Et dybt foldet neuralt netværk blev konstrueret for at gøre polarimetrien robust over for miljøet, og resultaterne kommer ud på meget hurtig tid," tilføjede de.

"Den præsenterede teknik kan bruges til at analysere de rumligt uensartede polarisationstilstande som vektorstråle. Objekter med lignende morfologiske træk, mens forskellige polarisationskarakteristika kan også let skelnes gennem metaoverfladen. Det foreslåede skema kan uden tvivl udvides til andre spektralbånd og overholde forbedrede ydeevnekrav for moderne optik," forudser de.

Flere oplysninger: Chen Chen et al., Neuralt netværk assisteret høj-spatial-opløsning polarimetri med ikke-interleaved chirale metasurfaces, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01337-6

Leveret af TranSpread