【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院祁嘉然教授團(tuán)隊(duì)在高分辨全斯托克斯極化相機(jī)及應(yīng)用探索領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，運(yùn)用先驗(yàn)知識(shí)驅(qū)動(dòng)逆向設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)全斯托克斯超構(gòu)透鏡，突破了基于超構(gòu)透鏡的全斯托克斯極化相機(jī)在效率、分辨率、對(duì)比度、集成度等方面的局限。研究成果以《先驗(yàn)知識(shí)驅(qū)動(dòng)逆向設(shè)計(jì)的非交錯(cuò)共孔徑全斯托克斯超構(gòu)透鏡》(Non-Interleaved Shared-Aperture Full-Stokes Metalens viaPrior-Knowledge-Driven Inverse Design)為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上，并被選為2025年第11期封面文章。該研究在地形測(cè)繪、目標(biāo)外形重建、地物分類(lèi)識(shí)別和飛行器航姿感知等領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值。
 

　　超構(gòu)表面技術(shù)為實(shí)現(xiàn)輕量、集成的全斯托克斯極化相機(jī)提供新思路。然而，當(dāng)前全斯托克斯極化測(cè)量超構(gòu)表面主要采用交錯(cuò)設(shè)計(jì)方案，存在性能衰減、測(cè)量耗時(shí)、體積大等問(wèn)題，限制了高集成瞬時(shí)全斯托克斯極化相機(jī)的發(fā)展。針對(duì)這一技術(shù)瓶頸，團(tuán)隊(duì)從極化探測(cè)機(jī)制和衍射極限成像機(jī)理出發(fā)，創(chuàng)新性地在超構(gòu)透鏡逆向設(shè)計(jì)過(guò)程中引入了與全極化探測(cè)和衍射極限成像相關(guān)的約束條件，提出適用于先驗(yàn)知識(shí)驅(qū)動(dòng)逆向設(shè)計(jì)新模式，以此設(shè)計(jì)出基于超構(gòu)透鏡的衍射極限全斯托克斯極化相機(jī)。
 

非交錯(cuò)共孔徑全斯托克斯超構(gòu)透鏡原理圖
 

　　隨后，團(tuán)隊(duì)在W波段下驗(yàn)證了超構(gòu)透鏡的全極化衍射極限探測(cè)成像性能，搭建了實(shí)驗(yàn)用被動(dòng)毫米波全斯托克斯極化相機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)高性能全極化探測(cè)成像，減少了對(duì)傳統(tǒng)極化輻射計(jì)中正交模轉(zhuǎn)換器和寬帶相關(guān)器的高成本和高復(fù)雜度的依賴。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出三維重建算法，驗(yàn)證了多極化信息用于非接觸表面梯度測(cè)量的可行性。所提出的被動(dòng)毫米波全斯托克斯極化相機(jī)配合高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，在大視域探測(cè)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)的非接觸式表面梯度重建，驗(yàn)證了其用于地形測(cè)繪和目標(biāo)外形重建的可行性。該方法突破了傳統(tǒng)交錯(cuò)設(shè)計(jì)方法在集成度、成像性能以及瞬時(shí)探測(cè)方面的局限性，為小型化高性能全斯托克斯極化相機(jī)設(shè)計(jì)提供新思路。
 

被動(dòng)毫米波全斯托克斯極化相機(jī)和三維表面梯度重建
 

　　哈工大為論文唯一通訊單位。電子與信息工程學(xué)院祁嘉然教授、程亞運(yùn)副教授為論文共同通訊作者，博士研究生王禹忠、王毅非和碩士研究生余阿祥為論文共同第一作者，碩士研究生胡明雙和博士研究生王啟明、龐誠(chéng)、熊慧敏參與相關(guān)工作。
 

　　該研究工作獲國(guó)家自然科學(xué)基金、黑龍江省自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。哈工大全媒體(梁英爽 馮琳/文 馮琳/圖)