通讯作者：李炜，靳淳淇， 仇成伟

通讯单位：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，新加坡国立大学

论文速览

光的强度、偏振和波长是光的固有特性。其中，使用任意混合的偏振和光谱信息来表征光是一个非常重要的问题。尽管在偏振计和光谱仪的设计上进行大量研究，但同时产生光的强度、偏振和光谱的高维特征还具有挑战性，并且通常需要在空间或时间域中对偏振和/或波长敏感元件进行复杂的集成。

基于此，作者证明了具有空间和频率色散的简单薄膜界面可以在波矢量域中投射和定制偏振和频谱响应。通过这种方法，可以将高维光信息编码成单次成像，并借助深度残差网络进行解码。本工作不仅可以通过单一器件和单一测量在宽带频谱上实现任意混合全-Stokes偏振态的光的全面表征，而且还提供了与最先进的单一用途小型化偏光计或光谱仪相当的性能。本方法可以很容易地用作现有成像平台的无对准改造，为超紧凑和高维光探测和成像开辟了新途径。

图文导读

图1：现有光探测方法与提出的高维光电探测器

图2：高维光电探测器的性能

图3：利用改进的ResNet-18模型来智能检测偏振和光谱信息

图4：高维光电探测器和成像仪。

总结展望

本研究成功展示了一种非局部高维光探测器，能够以高分辨率解码复杂光场中的任意偏振状态和光谱信息。结合商业化的微透镜和传感器阵列，该方法可以作为一个紧凑、免校准、单次获取的成像器。该方法的非局部性避免了横向非均匀性，而利用纵向非均匀的设计自由度，自然展现出固有的超宽带潜力。

计算结果表明，该方法具有从400纳米到10微米的超宽带光探测潜力。此外，该方法还可以与光子晶体、超表面、2D材料和扭曲光子系统等进一步集成，以显著提高检测分辨率。未来，该方法有望整合非局部空间压缩、边缘检测和距离测量等能力，实现更高维度的检测。

文献信息

标题：Dispersion-assisted high-dimensional photodetector

期刊：Nature DOI：10.1038/s41586-024-07398-w