【儀表網 研發(fā)快訊】近日，紅外科學與技術重點實驗室的李冠海、陳效雙、陸衛(wèi)研究團隊和東華大學邢懷中教授團隊在亞波長尺度上實現(xiàn)衍射光學神經網絡賦能的非正交偏振全息復用方面取得進展，為復雜場景目標生成、通信信道容量提升、非線性光學和偏振探測等相關應用提供了新的可能和參考。成果以“Unlocking Ultra-High Holographic Information Capacity through Nonorthogonal Polarization Multiplexing” 為題在線發(fā)表在國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)上。
超表面通常是由亞波長尺度的結構單元組成，基于幾何相位、模式共振等機制可以同步操控光子相位、振幅和偏振等多個維度。偏振正交屬性一方面使得任意兩個正交偏振態(tài)(如水平和垂直)可以互不影響、獨立操控；另一方面，也使得任意的偏振態(tài)都可以由一組正交基完備表征。雖然光子的偏振正交特性有助于實現(xiàn)完全隔離的偏振轉換和保持，然而，也在根本上限制了類似波長維度在高光譜、超光譜等在復用通道數(shù)量上進行拓展的可能。
針對上述學科前沿問題，研究團隊提出了一種在亞波長尺度上操控超表面局域本征偏振實現(xiàn)非正交偏振基復用的新機制。這種方法允許每個超表面單元的輸入輸出偏振狀態(tài)之間存在非零內積，從而在不利用空間、時間或其他維度的情況下，實現(xiàn)了理論上完全隔離的三個非正交偏振通道循環(huán)的全息復用。基于此，團隊進一步發(fā)展并建立了矢量衍射光學神經網絡賦能的超表面全局非正交偏振優(yōu)化設計從而提高衍射效率并抑制串擾，首次展示了10×10規(guī)模的瓊斯矩陣下不同輸入和輸出偏振態(tài)55全息通道復用。通過局域本征偏振操控與衍射光學神經網絡賦能的全局非正交偏振通道建立，使得不同的非正交偏振態(tài)能夠選擇性的耦合或抑制，實現(xiàn)了光子多維度、多功能集成復用。
王杰博士為論文的第一作者，李冠海研究員為通訊作者。上述成果獲得了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院、上海市科委等項目的資助。
圖1 衍射光學神經網絡賦能本征偏振操控獲得55通道非正交偏振全息復用
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