我院張蓓老師課題組提出一種基于渦旋偏振狀態(tài)分析（Vortex-PSA）的全偏振信息測量新方法，首次實(shí)現(xiàn)基于特征圖案的全空間偏振信息瞬態(tài)/單步高精度測量。相關(guān)成果以《Stokes Polarimeter via Characteristic Pattern Strategy by Vortex-PSA Module》為題，發(fā)表于《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》。
該研究受國家自然科學(xué)基金課題《基于渦旋特征圖案的全偏振信息直接測量方法》（No.62375010）資助。應(yīng)用場景為：偏振自主導(dǎo)航、腫瘤早篩、半導(dǎo)體檢測等領(lǐng)域。歡迎合作。
傳統(tǒng)的光偏振測量方法常與機(jī)械旋轉(zhuǎn)綁定，盡管學(xué)術(shù)界已研發(fā)出空間調(diào)制型偏振檢測技術(shù)以規(guī)避機(jī)械旋轉(zhuǎn)，但兼具單次、瞬態(tài)、全空間、小型化、一鍵式測量優(yōu)勢，且能通過特征圖案實(shí)現(xiàn)全偏振信息完整解耦的技術(shù)，此前尚未實(shí)現(xiàn)。課題組針對這一技術(shù)空白，提出單步瞬態(tài)測量方案（見圖 1），核心為“前向編碼+后向解耦”策略：
前向編碼：通過課題組自主研發(fā)的Vortex-PSA模塊，將待測偏振信息轉(zhuǎn)化為幾何特征鮮明的渦旋特征圖案，實(shí)現(xiàn)全偏振信息的編碼。
后向解耦：利用課題組原創(chuàng)的頻域分解（FDD）算法，將特征圖案解耦成彼此獨(dú)立的諧波分量信道，精準(zhǔn)解析全偏振信息。
課題組碩士生朱昕昀（現(xiàn)為新加坡國立大學(xué)博士生）從物理層面驗(yàn)證了特征圖案的形成機(jī)理，并通過數(shù)學(xué)論證明確了特征圖案各諧波分量的獨(dú)立性，為該技術(shù)提供了理論支撐。
圖1 “前向編碼+后向解耦”策略
該成果的核心創(chuàng)新點(diǎn)包括三方面：
1）核心硬件模塊——渦旋偏振態(tài)分析（Vortex-PSA）模塊，這是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)全偏振信息編碼的渦旋模塊，由課題組原創(chuàng)且首次提出。
圖2 Vortex-PSA模塊實(shí)現(xiàn)全信息編碼
2）核心算法模塊——頻域分解（FDD）算法，這是目前唯一能實(shí)現(xiàn)渦旋特征圖案機(jī)理解析的算法模塊，由課題組首次提出。
圖3 頻域分解算法處理特征圖案以及提取全偏振信息
3）課題組完成了該測量技術(shù)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)樣機(jī)開發(fā)，并配套研發(fā)了全自動(dòng)識(shí)別的圖像處理算法和軟件，實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果可精準(zhǔn)呈現(xiàn)Stokes參數(shù)的相關(guān)信息。
圖4 全偏振信息實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果
在渦旋偏振領(lǐng)域，課題組持續(xù)深耕并取得系列成果：先后實(shí)現(xiàn)偏振片高精度測量（相關(guān)成果發(fā)表于《Measurement》）、雙折射全信息同步測量（發(fā)表于《Measurement》）、寬波帶場景下偏振方向測量（發(fā)表于《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》）等相關(guān)技術(shù)/儀器。
目前，課題組正推進(jìn)“單步渦旋Mueller偏振儀”“多光譜渦旋橢偏儀”等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，致力于構(gòu)建完整的渦旋偏振測量體系，服務(wù)我國高端科學(xué)儀器領(lǐng)域的自主創(chuàng)新。
論文原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11112581/
