超强激光科学卓越创新简报
(第一百九十三期)
2021年5月7日
上海光机所提出基于绝缘硅片的高性能超表面元件实现近红外全斯托克斯矢量偏振探测
近日，中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室和苏州大学合作，提出一种基于绝缘硅片的像素式超表面元件实现了近红外全斯托克斯偏振矢量的探测，相关研究成果在线发表于“Photonics Research”。
分焦平面成像技术是近年发展起来的一种集成微纳偏振与光电成像器件的新型偏振成像技术，其对入射光偏振分量的探测主要依赖于像素式超表面元件与CCD。而目前该成像技术只能探测到线偏振分量，无法对圆偏振分量进行探测。主要原因是像素式超表面元件中缺乏能与线偏振片集成到一个芯片上的圆偏振片。目前的圆偏振片存在圆二色性低，圆偏振光透过率低，制备困难等缺点。因此寻找并制备能够实现全斯托克斯矢量探测的高性能像素式超表面元件是科研人员关注的热点。
研究团队提出一种基于绝缘硅片的高性能像素式超表面元件实现了对近红外入射光的全斯托克斯矢量的偏振探测。利用基于二维“Z”型结构的圆偏振片与三个结构相同栅线方向不同的光栅线偏振片为像素单元，通过一次曝光，该超表面元件就可以探测入射光中的线偏振分量和圆偏振分量。其中“Z”型圆偏振二色性器件不仅具有较高的圆二色性区分度，且易与线偏振器件集成到一个芯片上，降低了制备难度。此外，整个超表面元件以绝缘硅片为基片，不仅对线偏振光和圆偏振光具有较高的透过率，也为后续偏振成像中与CCD的集成耦合提供了可行性。实验中，利用电子束曝光系统和电感耦合等离子体刻蚀技术相结合，完成了对像素式超表面元件的制备。实验测得的线偏振片在1.47～1.6 um波段TM偏振光的平均透过率为75%左右，消光比大于20 dB。圆偏振二色性器件在1.48～1.6 um波段测得的右旋圆偏振光的平均透过率大于80%，圆偏振二色性在波长1.6um处高达70%，能够满足大多数应用的需求。
相关研究得到了国家青年自然基金，上海市国际合作项目基金，上海市扬帆计划项目基金和江苏省重点实验室开放性课题的支持（信息光学与光电技术实验室供稿）
像素单元的三维示意图
（颜色仅用于区分图像，不包含波长信息）
(F0, F1, F2)和F3分别代表线性偏振滤波器和圆偏振滤波器
