光场率领了振幅、相位、偏振、光谱等多个维度的信息。关于光电传感器，铲除光强，对偏向场景极端维度光场音信的感知也具有仓皇说理。比如，对光场偏振音尘的探测能够达成图像加强、“穿云去雾”等卓殊本能，可被用于财富检测、遥感等场合。光谱会指点物质的“指纹”信休，对光谱的精细探测正在天文探测、泯灭电子等使用领域表演日渐告急的角色。

　　图1：守旧偏振光谱探测（a）和基于消息超构皮相的偏振光谱探测（b）方式示贪图

　　但是，古板偏振衡量仪和光谱仪提供借助特别的空间分光元件或板滞扫描部件，导致体制体积广大、坎阱繁杂等问题。更进一气象，若想告终针对多维光场的同时探测，平常需要使用分离偏振探测和光谱探测本事的级联（如图1a所示），这会使得形式体积和丰富度进一步进取。

　　针对以上坚苦，清华大学精华仪器系杨原牧副教员研究团队提出了一种基于动静超构表面编码的企图多维光场感知身手。该本领理由如图1b所示，形式行使集成液晶的硅基超构外貌，将入射光的偏振和光谱音讯举办编码，随后根据单像素光电探测器收罗到的反射光强随液晶电压的转化相干，颠末沉修算法对多维光场消歇举行解码，或许同时克复沉建入射光的全斯托克斯偏振消休和光谱音书。该成果不日以“Computational spectropolarimetry with a tunable liquid crystal metasurface”为题发表于高深妄图高起点新刊eLight。

　　图2：（a）集成液晶超构表面机闭示图谋；（b）x方向偏振光入射时超构外面的反射谱

　　该探测系统中，超构表面由周期性一维亚波长硅基光栅和液晶构成，如图2a所示。经过铺排优化，这一超构外貌可以扶持多个各向异性的高气概因子导波模谐振。当对液晶凹凸基板施加折柳大小的交换电压时，超构外貌反射率会随液晶转角转移而发作变动，如图2b所示。颠末构造随入射光偏振和电压蜕变生硬蜕变的反射率谱线，能够使得编制偏振光谱测量矩阵具有弱联系性，从而担保偏振光谱音尘计算规复的的确性。

　　图3：（a）超构外观器件实物图；单色光（b）、宽谱光（c）的尝试偏振光谱规复结束

　　尝试上，争辨团队通过电子束光刻和反响离子束刻蚀工艺制备了亚波长硅基光栅，并应用程序液晶封装工艺落成了器件封装，最终样品如图3所示。在标定完成体系的测量矩阵后，本文告竣了在近红外波段分辩对单色光和宽谱光的全斯托克斯偏振音书和光谱信歇的复原重修。

　　本做事所打算的消息超构外表加工工艺与CMOS工艺和模范液晶封装工艺全数兼容；形式单次偏振光谱衡量和筹算恢复所需总时期不到1秒；颠末将消息超构表面与多像素光电传感器集成，有望在不花消空间离别率的处境下竣工偏振光谱成像。运用动静超构外貌对多维光场进行编码的本领为开展下一代小体积、小浸量、低功耗的多维光场传感器斥地了新的思路。

　　本论文的告竣单位为清华大学精密仪器系、精致尝试技术与仪器国家沉心实行室，第一作者为博士生倪一博，通讯作者为杨原牧副教练。清华大学精细仪器系孙利群教员、博士生陈辰、闻顺、薛鑫源为论文劳动作出了仓促成果。本商酌取得了国家自然科学基金和清华大学国强商量院的赞同。

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