[發(fā)明專利]一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115493694B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設計）人: 楊青;杜瑋;劉小威;王立強
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01J4/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括由濾光片、矢量衍射超表面結構組合而成的多光譜偏振成像模塊；所述多光譜偏振成像模塊置于成像系統(tǒng)的光瞳位置；

所述矢量衍射超表面結構采用對不同偏振態(tài)光波具有差異化響應的周期單元結構組成，所述濾光片與矢量衍射超表面結構中心對準、貼合，待測樣品經濾光片提取其波長信息，通過矢量衍射超表面結構將具有不同波長不同偏振態(tài)的光信息在周期單元結構的衍射作用下，經由成像透鏡分區(qū)域成像在黑白相機上，通過對黑白相機上的圖像強度分布進行數(shù)據(jù)后處理，獲取待測樣品的光譜和偏振態(tài)信息。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，多光譜偏振成像系統(tǒng)工作模式是透射式或反射式。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述矢量衍射超表面由基底與基底上的納米結構單元形成的周期陣列構成，納米結構具有各向異性，是矩形柱、光柵、橢圓孔或橢圓柱結構，對偏振敏感。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)工作模式，所述矢量衍射超表面結構材料分為反射式材料和透射式材料；所述反射式材料為金屬材料，包括鋁、金和銀；所述透射式材料為介質或半導體材料，包括二氧化鉿、二氧化鈦、氮化硅、硅和鍺。

5.根據(jù)權利要求3所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述矢量衍射超表面結構具有寬帶工作特性，通過調節(jié)納米結構的幾何尺寸、方向轉角以及在所在周期單元中的相對位置，實現(xiàn)振幅、相位、偏振態(tài)的調控；矢量衍射超表面結構的相位編碼方式為迂回相位。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，所述矢量衍射超表面結構的周期單元結構采用正交排列放置的鋁納米棒周期衍射結構。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，濾光片可窄帶透過多個波長，通過鍍膜設計成單個濾光片透過多個波段，或將多個不同波長透過的濾光片進行分塊組合實現(xiàn)。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，使用成像系統(tǒng)對待測樣品進行成像前，需要使用已知多光譜數(shù)據(jù)和斯托克斯參量數(shù)據(jù)的標準樣品對各波長通道和各斯托克斯參量的成像強度值進行預標定。

9.根據(jù)權利要求8所述的一種基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)，其特征在于，使用黑白相機對待測樣品進行拍照得到圖像數(shù)據(jù)，結合預標定的數(shù)據(jù)，使用線性回歸方法進行數(shù)據(jù)處理，得到待測樣品的波長和偏振態(tài)信息。

10.一種基于權利要求1-9任一項所述基于光學超表面的多光譜偏振成像系統(tǒng)的基于光學超表面的多光譜偏振成像方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

（1）將濾光片與矢量衍射超表面結構中心對準、貼合，構成多光譜偏振成像模塊，置于成像系統(tǒng)的光瞳位置；

（2）待測樣品經濾光片提取其波長信息，通過矢量衍射超表面結構的衍射作用將具有不同波長不同偏振態(tài)的光信息經由成像透鏡分區(qū)域成像在黑白相機上；

（3）通過對黑白相機上的圖像強度分布進行處理，獲取待測樣品的光譜和偏振態(tài)信息。