通訊作者：李炜，靳淳淇， 仇成偉

通訊單位：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，新加坡國立大學

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光的強度、偏振和波長是光的固有特性。其中，使用任意混合的偏振和光譜信息來表征光是一個非常重要的問題。盡管在偏振計和光譜儀的設計上進行大量研究，但同時産生光的強度、偏振和光譜的高維特征還具有挑戰性，並且通常需要在空間或時間域中對偏振和/或波長敏感元件進行複雜的集成。

基于此，作者證明了具有空間和頻率色散的簡單薄膜界面可以在波矢量域中投射和定制偏振和頻譜響應。通過這種方法，可以將高維光信息編碼成單次成像，並借助深度殘差網絡進行解碼。本工作不僅可以通過單一器件和單一測量在寬帶頻譜上實現任意混合全-Stokes偏振態的光的全面表征，而且還提供了與最先進的單一用途小型化偏光計或光譜儀相當的性能。本方法可以很容易地用作現有成像平台的無對准改造，爲超緊湊和高維光探測和成像開辟了新途徑。

圖文導讀

圖1：現有光探測方法與提出的高維光電探測器

圖2：高維光電探測器的性能

圖3：利用改進的ResNet-18模型來智能檢測偏振和光譜信息

圖4：高維光電探測器和成像儀。

總結展望

本研究成功展示了一種非局部高維光探測器，能夠以高分辨率解碼複雜光場中的任意偏振狀態和光譜信息。結合商業化的微透鏡和傳感器陣列，該方法可以作爲一個緊湊、免校准、單次獲取的成像器。該方法的非局部性避免了橫向非均勻性，而利用縱向非均勻的設計自由度，自然展現出固有的超寬帶潛力。

計算結果表明，該方法具有從400納米到10微米的超寬帶光探測潛力。此外，該方法還可以與光子晶體、超表面、2D材料和扭曲光子系統等進一步集成，以顯著提高檢測分辨率。未來，該方法有望整合非局部空間壓縮、邊緣檢測和距離測量等能力，實現更高維度的檢測。

文獻信息

標題：Dispersion-assisted high-dimensional photodetector

期刊：Nature DOI：10.1038/s41586-024-07398-w