神经网络辅助的非交错手性超表面高空间分辨率偏振测量

偏振测量在从遥感、天文学到生物学和显微镜的广泛应用中发挥着关键作用。传统的偏振测量系统配备了一套偏振器、波片、分束器或滤波器，使系统体积庞大且复杂

Metasurface是一种新兴的具有灵活光操纵能力的平面光学器件，为紧凑偏振测量提供了潜在的可能性。基于metasurface，一家名为Metalenz的知名创业公司也推出了一款面向消费品的Polar ID，它捕捉到了人脸独特的极化特征，实现了高安全性的人脸解锁功能

到目前为止，基于元表面的偏振测量可以分为两类，一类是金属透镜类型，它通过不同偏振偏置下的聚焦强度来获得斯托克斯参数，这不可避免地会受到有限的横向空间分辨率的影响

另一种是光栅型，矩阵傅立叶光学能够将具有不同偏振的光分裂成不同的衍射级，并且透镜的传播和组合将占据相当大的空间。然而，随着现代光学的发展，对更高的紧凑性和空间分辨率的需求越来越大

在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，由中国南京大学陶力教授领导的一个科学家团队开发了一种基于单层三通道手性超表面的非交错干涉法来分析偏振

通过结合深度卷积神经网络，偏振测量可以以快速、稳健和准确的方式工作。它符合具有高空间分辨率要求的空间均匀和非均匀偏振测量的要求。所报道的方法具有紧凑性和高空间分辨率的优点，并将激发更多有趣的检测和传感设计

与其他通过不同元表面在不同偏振偏置下的聚焦强度获得斯托克斯参数的方案不同，本工作通过直接测量单个手性元表面的强度和相位差来解决偏振问题。它可以支持由线性、圆形和各种椭圆偏振组成的矢量光束的偏振分辨率。研究人员总结了他们偏振测量的工作原理：

“我们设计了一个手性超表面来独立调制共偏振和两个交叉偏振。通过显示的三条焦线和交点，可以获得RCP和LCP分量的幅度对比度和相位差，以检索偏振信息。三通道调制能力使偏振测量具有高空间分辨率的优点。”

他们补充道：“构建了一个深度卷积神经网络，使极化法对环境具有鲁棒性，结果很快就会出来。”

“所提出的技术可以用于分析矢量光束等空间不均匀偏振态。通过元表面也可以很容易地区分具有相似形态特征但不同偏振特性的物体。所提出的方案无疑可以扩展到其他光谱波段，并符合现代光学的增强性能要求。”他们预测