Des chercheurs créent un photodétecteur assisté par dispersion pour déchiffrer la lumière de grande dimension

Une nouvelle étude publiée dans Naturemenée par une équipe de collaboration internationale dirigée par le professeur Wei Li de l'Institut d'optique, de mécanique fine et de physique de Changchun (CIOMP) de l'Académie chinoise des sciences, présente un nouveau photodétecteur miniaturisé capable de caractériser des états de polarisation arbitraires sur un spectre à large bande avec un seul appareil et une seule mesure.

“Les photodétecteurs traditionnels se limitent à mesurer uniquement l'intensité lumineuse. Les photodétecteurs de polarisation et de spectre existants reposent souvent sur l'intégration complexe de plusieurs éléments sensibles à la polarisation ou à la longueur d'onde dans le temps ou dans l'espace pour améliorer les capacités de détection”, a déclaré le professeur Wei Li.

“Les photodétecteurs actuels sacrifient généralement une dimension d'information au profit d'une autre ; ils peuvent mesurer soit l'intensité et la polarisation à une longueur d'onde fixe, soit l'intensité et la longueur d'onde sous une polarisation uniforme.

“Cette limitation signifie que les méthodes existantes ne peuvent détecter que des champs lumineux avec des valeurs de polarisation ou de longueur d'onde prédéterminées projetées sur un espace de paramètres tridimensionnel, perdant ainsi les degrés de liberté nécessaires à de nombreux scénarios naturels dans lesquels la lumière peut entraîner des changements arbitraires de polarisation et d'intensité sur un large spectre. spectre”, a déclaré le professeur Cheng-Wei Qiu de l'Université nationale de Singapour.

L’équipe a exploité la dispersion spatiale sur une interface de dispersion de fréquence pour moduler les champs lumineux convergents avec des réponses dépendantes du vecteur d’onde sur différents canaux d’azimut et d’angle incident. Ils ont initialement découvert que, selon la formule de Fresnel, même les interfaces dispersives les plus simples présentent des réponses spécifiques en polarisation et en longueur d'onde sous incidence oblique, qui peuvent être encore améliorées par résonance.

Sur cette base, grâce à un film de dispersion uniforme, les interfaces peuvent cartographier la lumière de tous les canaux transportant de riches informations de polarisation et de spectre en une seule imagerie, aidées par des réseaux résiduels profonds pour décoder les informations de polarisation et de spectre de haute dimension.

“Notre photodétecteur est capable de démontrer une résolution spectrale élevée et une reconstruction précise des états de polarisation complets de Stokes dans des contextes théoriques et expérimentaux. Détection précise d'informations de grande dimension par notre photodétecteur, comme un champ laser bicolore avec différents états de polarisation ou la réflexion à large bande à partir d'une interface en or présentant différents états de polarisation est obtenue au-delà des capacités des polarimètres et spectromètres commerciaux.

“En outre, cette approche peut être étendue aux applications d'imagerie en plaçant le film en sandwich avec un réseau de microlentilles et un réseau de capteurs commerciaux pour créer un imageur ultra-compact de haute dimension”, a déclaré le professeur adjoint Chunqi Jin de l'Institut d'optique, de mécanique fine et de physique de Changchun. (CIOMP) de l'Académie chinoise des sciences.

Pour l’avenir, le professeur Wei Li envisage que la détection ultra-large bande puisse être réalisée en intégrant des photodétecteurs commerciaux à large bande ; la résolution de détection peut être encore améliorée en utilisant des cristaux photoniques, des métasurfaces et des matériaux bidimensionnels au lieu des schémas de couches minces existants ; et la capacité de détection peut être renforcée dans des dimensions plus élevées en intégrant des fonctionnalités telles que le traitement d'image et la mesure de distance.

De plus, la combinaison de modèles physiques avec des modèles d’apprentissage profond peut améliorer la capacité de déchiffrement et réduire la quantité de ressources a priori requises.

En conclusion, cette approche promet de redéfinir le paysage des technologies de photodétection et d’imagerie de grande dimension, marquant ainsi une étape importante dans la caractérisation de la lumière. Ses applications transformatrices attendues couvrent divers domaines, signalant un avenir prometteur pour les progrès des technologies basées sur la lumière.