High-Resolution Full-Stokes Polarimetric Imaging via Inverse-Designed Non-orthogonal Polarization Router

斯托克斯参量 旋光法 路由器 极化(电化学) 反向 正交偏振光谱成像 计算机科学 物理 遥感 光学 地质学 数学 化学 计算机网络 几何学 散射 激光器 物理化学
作者
Hanlin Bao,Tongtong Kang,Fei Zhang,Yinghui Guo,Xiong Li,Mingfeng Xu,Mingbo Pu,Xiangang Luo
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ade1e8
摘要

Abstract Polarimetric imaging has emerged as a powerful technique for capturing critical surface morphology and material anisotropy information, offering unique advantages including biomedical diagnostics and industrial inspection. However, conventional division-of-focal-plane (DoFP) polarization cameras suffer from low optical efficiency due to filtering losses, and reduced spatial resolution caused by beam splitting redundancy and limited pixel miniaturization. Here, we propose a polarization router based on a field-driven inverse-designed metasurface with non-orthogonal polarization manipulation capability, which can focus four different elliptical polarization states onto designated detector pixels. Leveraging global inverse design, this design achieves high-efficiency, high-resolution and high-precision full-Stokes polarization detection at a wavelength of 1064 nm. Two super-pixel sizes, 10 × 10 μm and 4.8 × 4.8 μm (2 × 2 pixel layout), were designed, achieving average optical efficiencies of 78.18% and 80.32%, with polarization reconstruction relative errors of 0.7% and 1.27%, respectively. The comparative analysis of size-dependent performance reveals that despite a significant reduction in dimensions, the optimized metasurface maintains stable performance. This advance paves the way for compact, high-precision real-time polarization imaging systems.
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