色散调控模式下的波片式偏振解耦宽带中红外成像光子器件

人类利用光学器件能够获得卓越的“人工视觉”，如红外偏振相机，通过对波长与偏振的调制能够实现对伪装或虚假目标的探测与识别。为了实现多维度的感知功能，往往需要对多个光学元器件进行级联组合，从而引起图像信息的误差累计。本课题组通过与硅基集成电路兼容的曝光和刻蚀工艺制作出一个比纸还要薄的“3D眼镜”，可对不同偏振态和不同颜色的光线进行聚焦、偏折、色散操作，性能和传统的由一系列级联透镜、棱镜、偏振片制作而成的光学系统相当。在连续的设计带宽内，不同偏振态的光子经过超表面器件调制后将携带不同的轨道角动量信息，并被收集到设定的焦平面上。另外，通过在超表面器件的调制偏振-相位色散谱中引入离轴相位因子，对宽带光束实现了无色撒的定向聚束调控。由于偏振态的联合操控，在连续带宽内不同偏振态的入射光子也以高的偏振隔离度被收集汇聚到焦平面的不同设计区域。结果表明，聚焦光斑具有接近衍射极限的尺寸和高偏振选择比。该研究成果有望在宽谱偏振成像、自由空间量子通信、机器视觉以及信息加密等领域得到应用。

完成人：陈效双、李冠海、陆卫（陈效双教授工作室）

学术影响：成果发表于Science advances, 2020, 6(37): eabc0711；并被科学网报道。