中国科研人员发现高维度光场信息探测新方法

记者16日从中国科学院长春光机所获悉，该所科研人员发现了高维度光场信息探测新方法，在高维光场探测领域取得突破性科研进展。

该研究近期在国际权威学术期刊《自然》发表，题目为“Dispersion-assisted　High-dimensional　Photodetector”(色散辅助的高维光电探测器)。这是该所首次以第一完成单位在《自然》发表论文。

光场包含强度、偏振、频率、相位等多个维度的信息，在光通信、遥感、工业检测、医疗诊断、化学分析等领域具有巨大的应用价值。传统光电探测器仅限于测量光强度，现有的偏振和光谱探测器通常通过在时间或空间上集成多个偏振或波长敏感元件来增强探测能力，并且通常仅能测量固定波长下的强度和偏振或均匀偏振下的强度和波长信息。

然而，在自然界的很多场景中，光场可能在宽光谱范围内携带任意的偏振和强度变化，而现有探测器难以实现对这种高维度信息的探测。对此，中国科学院长春光机所研究团队与合作者在国际上首次利用单个器件通过单次测量，对宽带光谱范围内具有任意变化的偏振和强度的高维光场进行了全面表征，取得了高维度光场信息探测这一突破性进展。

该研究利用光学界面的空间色散和频率色散特性，在波矢空间对偏振和光谱响应进行调控，将高维光场的信息全部映射到单次成像结果之中，再配合深度学习方法来解码偏振和光谱信息，最终实现高维度光信息的探测。

此外，通过简单地将薄膜与微透镜阵列和成像传感器阵列进行“三明治”式的组合，还能够实现无需对准、单次测量的超集成高维光场成像仪。这一突破性成果为超紧凑、高维度的信息探测和成像探测开辟了一条新途径。

研究团队指出，这种方法具有超宽带探测的潜力，并且利用这种波矢空间的响应能力，所提出的方法可以进一步与图像处理、测距等功能相集成，以实现更高维度的光场探测。此外，进一步对其中的物理模型与深度学习进行有机结合，以增强解算能力并降低所需先验数据量，也是未来的研究方向。

中国科学院长春光机所博士生范延东、黄伟安和朱菲为论文的共同第一作者，中国科学院长春光机所研究员李炜、助理研究员靳淳淇和新加坡国立大学教授仇成伟为共同通讯作者。 (记者 郭佳)

（责编：赵珊）