光的基本特性、光谱和偏振携带有关光波传播的重要信息。例如,光谱成像可以反映对象的材料组成,而两极分化成像包含在物体表面的纹理信息,光偏振和/或空间分布的光学特性的场景。由于提供的关键信息光波长和两极分化,多光谱和两极分化成像技术是重要的利益在不同的科技领域,包括考古学、生物学、遥感和天文学。传统多光谱和偏振成像设备是基于过滤器和偏振分析器,通常需要采取多个镜头收集所需的光学信息,由笨重多路系统或机械移动部件和难以融入紧凑和集成光学系统。
Metasurfaces实现完全控制的光属性,如阶段,振幅和分化状态,已经证明了这一点。作为sub-wavelength纳米结构的二维光学设备组成,metasurfaces适合集成系统的设计。今天,metasurfaces已经使用在许多不同类型的功能性光学设备,如光学显示,轨道角动量设备,光束分割,meta-holography元素以及光场成像。
意识到综合、紧凑的设计,metasurface元素用于分化和多光谱光学系统。然而,这仍然是一个缺乏metalens设备可以同时实现光谱和polarisation-resolved功能,同时保持良好的成像性能的大数值孔径(NA)。在技术方面,虽然需要至少三个预测来确定分化状态,庞加莱的经度范围(也表示为极化椭圆率)也可以反映场景的丰富的信息。
熊教授的研究小组,劲松夏教授和教授回族从华中科技大学提出了高光谱和偏振椭圆率解决multi-foci metalens (SPMM)方法实现光谱和偏振椭圆率解决成像不需要任何移动部件或笨重的光谱和偏振光学。
与之前展示了常见的多光谱和偏振成像系统不同,SPMM可以收集所需的光学信息只有一枪由于其12光谱polarisation-dependent图像在不同的位置,这简化了收集光学信息的过程。在这个SPMM设计、焦点的位置和强度/焦/成像平面上的图像可以通过调优极化椭圆率和/或改变入射光束的光谱。因此,发达SPMM装置具有检测和重建能力的具体分化椭圆率和离散波长(或光谱波段),同时保持正常的功能metalens聚焦和成像等。和SPMM的共享孔径设计具有优越的成像性能由于NA比所锺爱的micro-metalens阵列设计相同的制造规模和焦距。实验演示SPMM的执行与相干和非相干光以证明其普遍适用性。
光成像对象包含丰富的信息与多个波长和偏振椭圆率,通常丢失或忽视了传统的灰度图像的方法。为了解决这个问题,SPMM生成12焦点或图像在不同的位置,对应于6波段的光谱和2正交圆极化状态。此外,光谱和偏振椭圆率(线性、椭圆或圆形)与特定的对象领域可以解决和重建通过确定聚焦/成像位置和相应的相对强度。
SPMM的设计和物理机制是基于几何相位和全息术的原则。意识到一个横向分散metalens,多个透镜的相位分布,拥有不同的工作波长在不同位置与相应的焦点可以编码一个metasurface元素的全息术原理。的polarisation-dependent metalens设计可以通过添加这两个阿达玛产品的结果。这个metalens可以切换的焦点位置通过改变入射光的偏振光束。因此,SPMM 12焦点可以结合2横向分散metalenses随机作为单个metasurface元素。
相比现有的特殊metasurface光谱或分化检测基于micro-metalens数组元素,通过示范SPMM成像与普通相干和非相干光源(见图),这项工作已经表现出其实际建设的潜在超小型多光谱和两极分化成像设备不需要多程设计使用复杂的光谱过滤器或机械移动部件。此外,这个SPMM的概念可以扩展到任意点的重建与经度和纬度的庞加莱球和实现更好的分区谱带通过metalens设计和纳米加工技术的提高。
