[发明专利]用于并行偏振分析的系统和方法

说明书

一种光学部件包括基板和包括一个或多个线性双折射元件的超表面。线性双折射元件定义光栅，该光栅被配置为对任意偏振的入射光的多个偏振阶实施并行偏振分析。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月15日提交的美国临时申请No.62/834,343的权益和优先权，该申请通过引用整体并入本文。

联邦资助的研究或开发的声明

本公开是在国家科学基金会授予的NSF奖励号码1144152和1541959下在政府支持下完成的。政府对本公开具有一定的权利。

背景技术

在本公开中，呈现了用于理解来自近轴极限中的偏振敏感光栅的偏振相关衍射的简单形式。可以激发这种形式化并用它来设计能够进行并行偏振分析的光栅；与之前的方法相比，这在此是用单个光栅来完成的，而不是像传统上那样使用此类光栅的空间交错或级联。可以制造和实验表征这些光栅。还可以示出如何将这种光栅集成到成像系统中，从而允许紧凑的全Stokes成像相机，没有移动零件也没有偏振光学器件(光栅元件除外)。展示了这个相机的一些成像能力。本公开对衍射、超表面和傅立叶光学器件中的偏振呈现出显著的概括，建议这些领域的新研究方向，并提供关于偏振技术的新视角。

发明内容

本公开的至少一个方面涉及一种光学部件，其包括基板和超表面，该超表面包括一个或多个线性双折射元件。超表面部署在基板上。一个或多个线性双折射元件定义光栅，该光栅被配置为对任意偏振的入射光的多个偏振阶实施并行偏振分析。

在一些实施例中，光栅被配置为实施并行偏振分析，而无需通过体偏振光学器件级联入射光。在一些实施例中，光栅不与任何其它光栅在空间上交错。在一些实施例中，超表面被配置为实施独立于任何其它光学部件的全Stokes偏振测量。在一些实施例中，多个偏振阶与内切在Poincaré球中的四面体对应。在一些实施例中，超表面被配置为输出光并并行地分析四种不同的偏振，其中四种不同的偏振中没有一种与其它偏振中的任何一种正交。在一些实施例中，一个或多个线性双折射元件包括拥有形式双折射的介电柱的阵列。在一些实施例中，多个偏振阶包括与内切在Poincaré球中的八面体对应的六个偏振阶。在一些实施例中，超表面实施分析器的集合，用于在超表面的衍射阶上任意指定的偏振。

本公开的另一方面涉及一种光学部件，其包括基板和超表面，该超表面包括一个或多个线性双折射元件。超表面部署在基板上。超表面被配置为将入射光处理为空间变化的Jones矩阵。

在一些实施例中，超表面包括多个双折射波片，并且其中多个双折射波片中的至少一个的角朝向、绝对相移和相位阻滞中的一个或多个被配置为将入射光处理为空间变化的Jones矩阵。在一些实施例中，空间变化的Jones矩阵是线性双折射的。在一些实施例中，空间变化的Jones矩阵是一元的。在一些实施例中，空间变化的Jones矩阵是并行地操作感兴趣的衍射阶的集合中的每一个的算子。

本公开的另一方面涉及包括一种成像系统，其包括超表面、透镜和成像传感器，该超表面包括一个或多个线性双折射元件。超表面被配置为向成像传感器提供足以使成像传感器确定全Stokes向量的多个偏振阶。

在一些实施例中，成像传感器被配置为不使用除了由超表面提供的那些偏振阶以外的偏振阶来确定全Stokes向量。在一些实施例中，超表面是作为单个基板的基板的表面。在一些实施例中，超表面定义不与任何其它光栅在空间上交错的光栅，并且该光栅被配置为提供多个偏振阶。在一些实施例中，超表面定义光栅，并且该光栅被配置为提供多个偏振阶而不使入射光级联通过多个光栅。在一些实施例中，超表面被配置为接收入射光并在没有任何移动零件的情况下输出多个偏振阶。在一些实施例中，成像传感器包括至少四个区域，并且超表面被配置为向成像传感器的每个区域提供与至少四个独立偏振阶中的相应一个对应的多个图像中的相应一个。在一些实施例中，成像传感器被配置为同时向成像传感器的每个区域提供多个图像中的相应一个。

附图说明