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突破!中国+澳大利亚=中波红外偏振操控超表面功能器件突破!

   2021-09-16 仪品网仪品网1690
核心提示:人类由于自身的局限性,肉眼能力有限,不足以帮助我们分辨绝大部分东西,我们不具备像动物一样敏感的感官,所以就需要借助科学技术和仪器,关于中波红外偏振操控超表面功能器件的重大突破由此而来。

本文详细讲述中波红外偏振操控超表面功能器件的产生背景和必要性,以及它将来的前景展望。

在日常生活中,人们是通过颜色和阴影的差别来识别物体,在空间维度上感知物质信息。人的眼睛只能感知可见光,有些生物能接受人类看不见的图象信息,比如虾姑能感知紫外线与红外线,而乌贼则能透过独特的眼睛构造来识别偏振信息。


中波红外偏振操控超表面功能器件


通过对光子的本征特性的描述,光子除具有强度维度外,还具有波长、偏振、拓扑荷等维属性,其中一组正交的物理量可以作为无串扰的图像信息通道,从而携带不同的外部信息。还以虾姑、乌贼为例,它们独特的图像感知能力使其能够看到人眼所看不到的信息,帮助其更好地完成捕猎、躲避危险、与同伴交流等活动,从而获得生存优势。

人们同样可以通过使用光学设备获得更好的“人工视觉”。利用对地遥感的红外偏振照相机,通过对波长和偏振的调制,对复杂环境中具有红外偏振特性的目标识别和识别。

但在现阶段,传统器件仍然存在的问题是,要实现多维感知功能,往往需要多种光学元件级联组合,造成器件体积大、重量大,同时还造成能量损失和图像信息的失误累积。所以说,尽管人类创造的“人工视觉”光子器件已实现了远超自然界的绝对性能,但从体积和集成性上来看,传统器件仍未超越自然界数十亿年的进化。

这是中波红外偏振操控超表面功能器件产生的背景。


中波红外偏振操控超表面功能器件


中国科学院上海技术物理研究所李冠海、陈效双、陆卫课题组与澳大利亚新南威尔士大学Andrey Miroshnichenko教授合作,利用超构单元像素级的光场多维度调控能力,基于与传统硅基半导体工艺兼容的全硅双折射超表面体系,在中波红外范围实现了色散调控模式下的波片式偏振解耦宽带中红外成像光子器件,能够实现比昆虫复眼更小尺寸下的光场调控与成像。

经过设计的光子成像器件由于像素级单元在波长-偏振维度的双重衍射效果设计,能够将正交偏振通道上的不同图像汇聚到不同的深度上,从而为后续级联的光处理器件与电处理器件提供了直接的物理接口。同时,研究团队也实现了消色差与消偏振的微型中红外光子成像器件,实现了集成的宽谱消偏振成像。

值得注意的是,其不仅能够在工作波段内同时采集两个正交通道上的图像信息,同时其单元的结构排布角度,能够消除大入射角下的偏振效应,从而提升图像的准确度。

这是中波红外偏振操控超表面功能器件的实际进展。

研究人员相信,这项研究成果将为研究相对缺乏、难度较大,但有广泛应用前景的中波红外光电探测领域提供新的机遇,这一研究成果有望应用于自由空间量子通信、三维激光雷达、航空遥感等领域。

以上是关于中波红外偏振操控超表面功能器件的前景展望。

该研究得到了科技部重点研发计划量子调控和量子信息专项、纳米专项、国家自然科学基金委、上海市科委启明星项目、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。是中波红外偏振操控超表面功能器件方面的重大突破。




 
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