Un nuovo studio pubblicato su Nature , condotto da un gruppo di collaborazione internazionale guidato dal Prof. Wei Li del Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) dell'Accademia cinese delle scienze, introduce un nuovo fotorilevatore miniaturizzato in grado di caratterizzare stati di polarizzazione arbitrari attraverso uno spettro a banda larga con un solo dispositivo e una sola misurazione.
"I fotorilevatori tradizionali si limitano a misurare solo l'intensità della luce. I fotorilevatori di polarizzazione e di spettro esistenti spesso si basano sulla complessa integrazione di più elementi sensibili alla polarizzazione o alla lunghezza d'onda nel tempo o nello spazio per migliorare le capacità di rilevamento", ha affermato il professor Wei Li.
"Gli attuali fotorilevatori in genere sacrificano una dimensione dell'informazione per un'altra; possono misurare l'intensità e la polarizzazione a una lunghezza d'onda fissa oppure l'intensità e la lunghezza d'onda con polarizzazione uniforme.
"Questa limitazione significa che i metodi esistenti possono rilevare solo campi luminosi con polarizzazione predeterminata o valori di lunghezza d'onda proiettati su uno spazio parametrico tridimensionale, perdendo così i gradi di libertà necessari per molti scenari naturali in cui la luce può trasportare cambiamenti arbitrari nella polarizzazione e nell'intensità attraverso un ampio spettro", ha affermato il professor Cheng-Wei Qiu dell'Università Nazionale di Singapore.
Il team ha sfruttato la dispersione spaziale su un'interfaccia di dispersione della frequenza per modulare i campi di luce convergenti con risposte dipendenti dal vettore d'onda attraverso diversi canali azimutali e dell'angolo incidente. Inizialmente hanno scoperto che, secondo la formula di Fresnel, anche le interfacce dispersive più semplici mostrano una polarizzazione specifica e risposte di lunghezza d'onda sotto incidenza obliqua, che possono essere ulteriormente migliorate dalla risonanza.
Sulla base di ciò, attraverso una pellicola di dispersione uniforme, le interfacce possono mappare la luce da tutti i canali trasportando ricche informazioni sulla polarizzazione e sullo spettro in un'unica immagine, aiutate da reti residue profonde per decodificare la polarizzazione ad alta dimensione e le informazioni sullo spettro.
"Il nostro fotorilevatore è in grado di dimostrare un'elevata risoluzione spettrale e una ricostruzione accurata degli stati di polarizzazione full-Stokes sia in contesti teorici che sperimentali. Rilevamento preciso di informazioni ad alta dimensione da parte del nostro fotorilevatore, come un campo laser a due colori con diversi stati di polarizzazione o la riflessione a banda larga da un'interfaccia dorata che mostra diversi stati di polarizzazione viene ottenuta oltre le capacità del polarimetro e dello spettrometro commerciali.
"Inoltre, questo approccio può essere esteso alle applicazioni di imaging inserendo nella pellicola una serie di microlenti commerciali e una serie di sensori per realizzare un imager ultracompatto e ad alta dimensione", ha affermato il professore assistente Chunqi Jin dell'Istituto di ottica, meccanica fine e fisica di Changchun. (CIOMP) dell'Accademia Cinese delle Scienze.
Guardando al futuro, il prof. Wei Li prevede che il rilevamento a banda ultralarga possa essere ottenuto integrando fotorilevatori commerciali a banda larga; la risoluzione di rilevamento può essere ulteriormente migliorata utilizzando cristalli fotonici, metasuperfici e materiali bidimensionali invece degli schemi a film sottile esistenti; e la capacità di rilevamento può essere potenziata in dimensioni più elevate integrando funzionalità come l'elaborazione delle immagini e la misurazione della distanza.
Inoltre, la combinazione di modelli fisici con modelli di deep learning può migliorare la capacità di decifrazione e ridurre la quantità di risorse a priori richieste.
In conclusione, questo approccio promette di ridefinire il panorama delle tecnologie di fotorilevamento e imaging ad alta dimensione, segnando una pietra miliare significativa nella caratterizzazione della luce. Le sue applicazioni trasformative previste abbracciano diversi campi, segnalando un futuro promettente per i progressi nelle tecnologie basate sulla luce.
