上海技物所在光譜-偏振多維度解析方面取得進(jìn)展

近日，以中科院上海技物所為依托單位的紅外科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李冠海、陳效雙、陸衛(wèi)研究團(tuán)隊(duì)在超表面光譜與偏振維度同步解析研究方面取得了重要進(jìn)展，在紅外光學(xué)器件從物理層面突破光譜-偏振多維度、多自由度調(diào)控限制等方面開展探索，為滿足天基遙感、國土安全等重大需求提供可能。

中波紅外(MWIR)作為“分子指紋”密集區(qū)，在氣體檢測、航天遙感、空間通信、紅外對抗等應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。對中波紅外光子波長和偏振等維度的解析是對目標(biāo)進(jìn)行探測與識別的重要手段。相比傳統(tǒng)中波紅外器件，超表面器件在波長、偏振維度調(diào)控方面具有巨大潛力，該技術(shù)為亞波長尺度下獨(dú)立操縱光子的多個(gè)維度屬性提供了強(qiáng)大而靈活的器件平臺。

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)通過色散瓊斯矩陣的疊加構(gòu)造波長解耦來打破本征偏振約束，在多個(gè)離散波長獨(dú)立選擇任意正交偏振基并進(jìn)行復(fù)用調(diào)控，研制了一種具有代表性的多色全偏振調(diào)控器件，成功實(shí)現(xiàn)了光譜維度下按需復(fù)用的相干超表面，替代了傳統(tǒng)級聯(lián)濾光片、偏振片和波片的功能。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)提出了中紅外光子計(jì)算尺的概念，研制了具有極小工作距離的波長和偏振狀態(tài)同步解析器件，為超表面器件從傳統(tǒng)借鑒體材料器件原理體制向新材料與新原理共同發(fā)展的方向提供了有益的探索。

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圖1. (a)光譜維度下按需復(fù)用的全偏振器件；(b)光子計(jì)算尺設(shè)計(jì)概念與實(shí)現(xiàn)效果

上述研究以“Polychromatic full-polarization control in mid-infrared light”以及“Photonic slide rule with metasurfaces”為題均發(fā)表在Light: Science & Applications上，陳金博士、郁菲蘢博士分別為論文的第一作者。該研究獲得了科技部、國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中科院等項(xiàng)目的資助。