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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百九十三期)

2021年5月7日

上海光機所提出基于絕緣硅片的高性能超表面元件實現近紅外全斯托克斯矢量偏振探測

  近日,中國科學院上海光學精密機械研究所信息光學與光電技術實驗室和蘇州大學合作,提出一種基于絕緣硅片的像素式超表面元件實現了近紅外全斯托克斯偏振矢量的探測,相關研究成果在線發表于“Photonics Research”。

  分焦平面成像技術是近年發展起來的一種集成微納偏振與光電成像器件的新型偏振成像技術,其對入射光偏振分量的探測主要依賴于像素式超表面元件與CCD。而目前該成像技術只能探測到線偏振分量,無法對圓偏振分量進行探測。主要原因是像素式超表面元件中缺乏能與線偏振片集成到一個芯片上的圓偏振片。目前的圓偏振片存在圓二色性低,圓偏振光透過率低,制備困難等缺點。因此尋找并制備能夠實現全斯托克斯矢量探測的高性能像素式超表面元件是科研人員關注的熱點。

  研究團隊提出一種基于絕緣硅片的高性能像素式超表面元件實現了對近紅外入射光的全斯托克斯矢量的偏振探測。利用基于二維“Z”型結構的圓偏振片與三個結構相同柵線方向不同的光柵線偏振片為像素單元,通過一次曝光,該超表面元件就可以探測入射光中的線偏振分量和圓偏振分量。其中“Z”型圓偏振二色性器件不僅具有較高的圓二色性區分度,且易與線偏振器件集成到一個芯片上,降低了制備難度。此外,整個超表面元件以絕緣硅片為基片,不僅對線偏振光和圓偏振光具有較高的透過率,也為后續偏振成像中與CCD的集成耦合提供了可行性。實驗中,利用電子束曝光系統和電感耦合等離子體刻蝕技術相結合,完成了對像素式超表面元件的制備。實驗測得的線偏振片在1.47~1.6 um波段TM偏振光的平均透過率為75%左右,消光比大于20 dB。圓偏振二色性器件在1.48~1.6 um波段測得的右旋圓偏振光的平均透過率大于80%,圓偏振二色性在波長1.6um處高達70%,能夠滿足大多數應用的需求。

  相關研究得到了國家青年自然基金,上海市國際合作項目基金,上海市揚帆計劃項目基金和江蘇省重點實驗室開放性課題的支持(信息光學與光電技術實驗室供稿)

  原文鏈接

像素單元的三維示意圖

(顏色僅用于區分圖像,不包含波長信息)

(F0, F1, F2)和F3分別代表線性偏振濾波器和圓偏振濾波器

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