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暨南大學融媒體中心 近日，物理與光電工程學院（理工學院）納米光子學研究院包燕軍教授和李寶軍教授在超構表面光學成像研究中取得重要進展，團隊提出了一種基于超構表面的成像技術，通過單次曝光就能獲取任意光場的強度、相位、偏振信息。該成果以“Single-shot simultaneous intensity, phase, and polarization imaging with metasurface”為題發表在國際綜合性期刊National Science Review上（Natl Sci Rev, 12: nwae418, 2025）。

光場作為一種電磁波，其特性由強度、相位、偏振參量表征。這三個參量的精確成像對光學檢測、通信、激光加工、生物醫學診斷等具有重要意義。傳統的光場參量測量主要依賴于復雜的光學系統，需要集成使用偏振片、濾波片、分束器等光學元件，不但增加了系統的復雜度，而且需要多次測量才能獲取完整的光場參量分布信息，因而限制了其應用。基于超構表面的成像有助于解決傳統光學系統的局限性，但僅能獲取部分光場參量信息，且對待測光場參量的分布有特定要求。

針對這一問題，該團隊利用優化算法、通過精確設計超構表面結構參數，實現了入射光場正交偏振分量的可控衍射，產生了均勻參考光場，在圖像傳感器上生成了七個特定子圖像，其中三個干涉圖像用于x偏振相位重建，另外四個圖像用于強度和偏振信息提取，然后通過梯度下降算法優化設計，將多級衍射效率提升了5倍，將均勻背景光場強度提升了14倍。進一步，基于多個納米棒結構組成的像素單元、成功驗證了其對多種不同輸入光場分布參量的重建，為超構表面在光學領域的應用開辟了新途徑。

基于超構表面的任意光場強度、相位、偏振單次曝光成像示意圖

論文鏈接：https://academic.oup.com/nsr/article/12/3/nwae418/7907267

責編：陳國瓊