【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)院祁嘉然教授團隊在高分辨全斯托克斯極化相機及應(yīng)用探索領(lǐng)域取得重要進展，運用先驗知識驅(qū)動逆向設(shè)計方法設(shè)計全斯托克斯超構(gòu)透鏡，突破了基于超構(gòu)透鏡的全斯托克斯極化相機在效率、分辨率、對比度、集成度等方面的局限。研究成果以《先驗知識驅(qū)動逆向設(shè)計的非交錯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。該研究在地形測繪、目標外形重建、地物分類識別和飛行器航姿感知等領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。
 

　　超構(gòu)表面技術(shù)為實現(xiàn)輕量、集成的全斯托克斯極化相機提供新思路。然而，當前全斯托克斯極化測量超構(gòu)表面主要采用交錯設(shè)計方案，存在性能衰減、測量耗時、體積大等問題，限制了高集成瞬時全斯托克斯極化相機的發(fā)展。針對這一技術(shù)瓶頸，團隊從極化探測機制和衍射極限成像機理出發(fā)，創(chuàng)新性地在超構(gòu)透鏡逆向設(shè)計過程中引入了與全極化探測和衍射極限成像相關(guān)的約束條件，提出適用于先驗知識驅(qū)動逆向設(shè)計新模式，以此設(shè)計出基于超構(gòu)透鏡的衍射極限全斯托克斯極化相機。
 

非交錯共孔徑全斯托克斯超構(gòu)透鏡原理圖
 

　　隨后，團隊在W波段下驗證了超構(gòu)透鏡的全極化衍射極限探測成像性能，搭建了實驗用被動毫米波全斯托克斯極化相機，成功實現(xiàn)了瞬時高性能全極化探測成像，減少了對傳統(tǒng)極化輻射計中正交模轉(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，團隊進一步提出三維重建算法，驗證了多極化信息用于非接觸表面梯度測量的可行性。所提出的被動毫米波全斯托克斯極化相機配合高精度轉(zhuǎn)臺，在大視域探測范圍內(nèi)實現(xiàn)了毫米級的非接觸式表面梯度重建，驗證了其用于地形測繪和目標外形重建的可行性。該方法突破了傳統(tǒng)交錯設(shè)計方法在集成度、成像性能以及瞬時探測方面的局限性，為小型化高性能全斯托克斯極化相機設(shè)計提供新思路。
 

被動毫米波全斯托克斯極化相機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、熊慧敏參與相關(guān)工作。
 

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