從(cong) 中國科學院長春光學精密機械與(yu) 物理研究所獲悉，該所科研團隊在國際上首次利用單個(ge) 器件通過單次測量，對寬帶光譜範圍內(nei) 具有任意變化的偏振和強度的高維光場進行了全麵表征，從(cong) 而實現了高維度光場信息探測這一突破性進展。

隨著信息技術的高速發展，人們(men) 對光場感知的需求日益增加。光場包含強度、偏振、頻率、相位等多個(ge) 維度的信息。其中，光譜探測與(yu) 偏振探測包含了物體(ti) 的物質組成和表麵形貌等信息，在光通信、遙感、工業(ye) 檢測等領域具有巨大的應用價(jia) 值。

目前的偏振和光譜探測器通常僅(jin) 能測量固定波長下的強度和偏振或均勻偏振下的強度和波長信息。然而，在自然界的很多場景中，光場可能在寬光譜範圍內(nei) 攜帶任意的偏振和強度變化，而現有探測器難以實現對這種高維度信息的探測。

研究人員提出了“利用光學界麵的空間色散和頻率色散特性，在波矢空間對偏振和光譜響應進行調控”的創新思想，將高維光場的信息全部映射到單次成像結果之中。配合深度學習(xi) 方法來解碼偏振和光譜信息，最終實現了高維度光信息的探測，且具有與(yu) 現有先進單一功能的小型偏振儀(yi) 或光譜儀(yi) 相當的探測精度。

此外，他們(men) 通過簡單地將薄膜與(yu) 微透鏡陣列和成像傳(chuan) 感器陣列進行“三明治”式的組合，製成了無需對準、單次測量的超集成高維光場成像儀(yi) 。這一突破性成果為(wei) 超緊湊、高維度的信息探測和成像探測開辟了一條新途徑。

據了解，這種方法具有超寬帶探測的潛力，所提出的方法可以進一步與(yu) 圖像處理、測距等功能相集成，以實現更高維度的光場探測。同時，其利用光子晶體(ti) 、超表麵、二維材料等代替薄膜結構可以進一步提高探測分辨率和集成能力。

此外，科研團隊進一步對其中的物理模型與(yu) 深度學習(xi) 進行有機結合，以增強解算能力並降低所需先驗數據量，也是未來的研究方向。

(a)現有偏振和光譜探測器的探測能力示意圖，(b)探測能力的提升依賴於(yu) 對時間或空間的複雜集成

高維光電探測器的原理示意圖

高維光電探測器的理論探測能力，(a)全斯托克斯偏振探測，(b)複雜光譜探測，(c)高維光場探測

(a)實驗光路示意圖，(b)所采用的深度殘差網絡示意圖，(c)高維光場探測方法的全斯托克斯偏振探測能力，(d)窄帶光譜探測能力，(e)寬帶複雜光譜探測能力，(f)光譜分辨能力

(a-c)雙色雙偏振激光場的高維度探測，(d-f)寬帶光照射金表麵所產(chan) 生的反射光場的高維度探測，(g)高維光場成像儀(yi) 的結構示意圖及照片，(h)人造目標的偏振和波長成像探測，(i)雙色雙偏振合成光場的高維度成像探測

相關(guan) 成果發表在《自然》雜誌上，中國科學院長春光機所博士生範延東(dong) 、黃偉(wei) 安和朱菲為(wei) 論文的共同第一作者，中國科學院長春光機所李煒研究員、靳淳淇助理研究員和新加坡國立大學仇成偉(wei) 教授為(wei) 共同通訊作者。

文獻鏈接：Fan, Y., Huang, W., Zhu, F. et al. Dispersion-assisted High-dimensional Photodetector. Nature(2024).https://www.nature.com/articles/s41586-024-07398-w