全 Stokes 极化薄膜逆向设计与可见光波前感知
光学
2026-04-22 v1 应用物理
摘要
薄膜已成为通过用亚波长纳米结构阵列取代笨重透镜实现紧凑型光学传感器的强大平台。在精密光学测量中，同时映射光束偏振态与波前对于实时诊断应力诱导的双折射和表面平整度至关重要。为实现紧凑布局，现有薄膜通常将其光学孔径划分为离散区域，这本质上限制了系统的光收集效率和数值孔径。本文演示了一个逆向设计的薄膜，将全 Stokes 极化测量与 Shack-Hartmann 波前感知集成于单个连续孔径内。通过采用 adjoint 优化方法独立控制每个纳米结构的几何形状和旋转，我们打破了孔径共享范式，利用整个像素区域服务于所有通道。当 coupled with 采用浅层神经网络自动识别峰值并校正硬件非理想性时，该设备在 Poincaré 球面上 100 个测试状态上的平均偏振重构误差仅为 0.046，同时保持精确的焦点斑点跟踪，以满足敏感波前倾斜检测要求。该工作凸显了逆向设计在生成超越传统薄膜的多功能非直觉平面光学中的潜能。
引用
@article{arxiv.2604.18879,
title = {Inverse designed full-Stokes polarimetric metasurface with simultaneous wavefront sensing for visible light},
author = {Ondřej Červinka and Martin Hrtoň and Štěpán Venos and Jakub Lelek and Libor Úlehla and Tomáš Šikola and Filip Ligmajer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.18879},
year = {2026}
}