光场中蕴含着丰富的信息，包括光强、光谱和偏振特性。然而，常规相机仅能捕捉光强信息，忽略了其他具有重要价值的信息。高光谱成像系统和偏振成像系统虽能在捕捉光强的基础上，分别获取光谱信息和偏振信息，但这类系统往往体积庞大、成像速度慢且成本高昂。本文中，研究团队研制出一款超表面增强型相机，可单次快照捕获高光谱偏振图像，并实现相关视频的实时采集。研究内容包括研发出一种编码超表面，并将其与机器学习相结合，使普通相机可通过单次快照采集高光谱偏振图像。实验结果表明，这款经超表面增强的相机能通过单次快照，在700至1150 nm的宽光谱范围内精准解析全斯托克斯偏振信息，光谱灵敏度高达0.23 nm。此外，该系统还能以每秒 28 帧的速率实时采集全斯托克斯高光谱偏振视频。借助同时采集光谱与完整偏振数据的能力，该器件可清晰分辨具有任意波长和偏振分布的测试图像，也能对甲虫等自然物体实现有效成像。创新点是本研究设计的超表面，让每个超像素都具备独特的光谱响应和偏振响应特性，在超表面中集成了具有强手性特征的手性超原子，使其对所有偏振态均能产生差异化的偏振响应。将该超表面编码器与机器学习神经网络解码器相结合，实现了每秒 28 帧的高光谱偏振图像实时采集。文章结论为本研究的高光谱偏振相机可实现每秒 28 帧的全斯托克斯高光谱偏振视频实时采集，这一帧率仅受相机读出速率的限制。这款基于超表面的成像相机，为能捕捉光场中空间、光谱与偏振信息的多维成像系统，提供了一套结构紧凑、成像高效且低成本的解决方案。启发在于可以了解多维高光谱相机的原理，并在其基础上进一步研究。
文献来源：Sci. Adv.10,eadp5192 (2024).
作者：Lidan Zhang, Chen Zhou, Bofeng Liu, Yimin Ding, Hyun-Ju Ahn, Shengyuan Chang, Yao Duan, Md Tarek Rahman, Tunan Xia, Xi Chen, Zhiwen Liu, Xingjie Ni
报告人：高恩博
