基于超表面的非正交四输出偏振分束器用于无冗余全斯托克斯成像
光学
2025-08-28 v1 应用物理
摘要
成像偏振测量在各种领域中发挥着重要作用，因为它提供了仅通过强度和光谱测量无法获得的丰富信息。为了恢复完整的斯托克斯参数，至少需要四个传感器像素，每个像素将入射光投影到斯托克斯空间中的不同偏振态。传统的全斯托克斯焦平面分割（DoFP）相机通过将角度偏振器和延迟器集成到图像传感器上来实现这一功能。然而，由于偏振器不可避免的吸收，这些方案的最大效率理论上限制在50%。不使用偏振器，可以使用三组无损耗偏振分束器来实现更高效率的偏振测量，但代价是由于需要六个冗余传感器像素而降低了空间分辨率。在本文中，我们首次揭示（据我们所知）使用单层介质超表面可以实现低损耗的四输出偏振分束（无滤波）。尽管这四个状态彼此不正交，但我们的超表面能够同时分束并聚焦到四个传感器像素上，效率超过50%，这是通过简单组合空间光学元件无法实现的。我们制造了由硅纳米柱组成的超表面，并在1500至1600 nm的近红外波长范围内实验演示了完整斯托克斯参数的恢复，效率为-2.28 dB。最后，使用3×4超像素阵列演示了简单的成像偏振测量。
引用
@article{arxiv.2405.10634,
title = {Metasurface-enabled non-orthogonal four-output polarization splitter for non-redundant full-Stokes imaging},
author = {Go Soma and Kento Komatsu and Chun Ren and Yoshiaki Nakano and Takuo Tanemura},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.10634},
year = {2025}
}