【消費電子實驗室-2024/5/25】5月15日，國際權威學術期刊《自然》（Nature）以“Dispersion－assisted High－dimensional Photodetector”為題刊發(fā)了中國科學院長春光機所在高維光場探測領域取得的突破性科研進展。

消費電子實驗了解到，這是長春光機所首次以第一完成單位在Nature發(fā)表論文，實現(xiàn)了零的突破。這也是長春光機所在第十個“國際光日”（International Day of Light）這個有紀念意義的日子，以高水平科研成果為光學事業(yè)的發(fā)展獻禮。

光場包含強度、偏振、頻率、相位等多個維度的信息。其中，光譜探測與偏振探測，包含了物體的物質組成和表面形貌等信息，在光通信、遙感、工業(yè)檢測、醫(yī)療診斷、化學分析、環(huán)境保護等領域具有巨大的應用價值。然而，傳統(tǒng)的光電探測器僅限于測量光強度，現(xiàn)有的偏振和光譜探測器通常通過在時間或空間上集成多個偏振或波長敏感元件來增強探測能力。此外，目前的偏振和光譜探測器通常僅能測量固定波長下的強度和偏振或均勻偏振下的強度和波長信息。然而，在自然界的很多場景中，光場可能在寬光譜范圍內攜帶任意的偏振和強度變化，而現(xiàn)有探測器難以實現(xiàn)對這種高維度信息的探測。

針對這一問題，李煒團隊與合作者在國際上首次利用單個器件通過單次測量，對寬帶光譜范圍內具有任意變化的偏振和強度的高維光場進行了全面表征，從而實現(xiàn)了高維度光場信息探測這一突破性進展。

該研究提出利用光學界面的空間色散和頻率色散特性，在波矢空間對偏振和光譜響應進行調控的創(chuàng)新思想，能夠將高維光場的信息全部映射到單次成像結果之中。配合深度學習方法來解碼偏振和光譜信息，最終實現(xiàn)高維度光信息的探測，且具有與現(xiàn)有先進單一功能的小型偏振儀或光譜儀相當?shù)奶綔y精度。此外，通過簡單的將薄膜與微透鏡陣列和成像傳感器陣列進行“三明治”式的組合，還能夠實現(xiàn)無需對準、單次測量的超集成高維光場成像儀。這一突破性成果為超緊湊、高維度的信息探測和成像探測開辟了一條新途徑。

研究團隊指出，這種方法具有超寬帶探測的潛力，并且利用這種波矢空間的響應能力，所提出的方法可以進一步與圖像處理、測距等功能相集成，以實現(xiàn)更高維度的光場探測。同時，利用光子晶體、超表面、二維材料等代替薄膜結構可以進一步提高探測分辨率和集成能力。此外，進一步對其中的物理模型與深度學習進行有機結合，以增強解算能力并降低所需先驗數(shù)據量，也是未來的研究方向。

據介紹，中國科學院長春光機所博士生范延東、黃偉安和朱菲為論文的共同第一作者，中國科學院長春光機所李煒研究員，靳淳淇助理研究員和新加坡國立大學仇成偉教授為共同通訊作者。

李煒，研究員，博士生導師，國家海外高層次人才，2020年底回國入職長春光機所，致力于光子學前沿研究并推進其在輻射熱控和多維光信息感知方面的應用。