基于非对称自旋轨道相互作用的边缘成像研究在Nanophotonics上发表

                分享：

边缘检测是目标识别中常见的预处理步骤，主要通过电或光学结构的空间差分来实现。相比电学处理方法，光学处理方法能够直接处理光信号，具有低功耗和高速的优点。然而，传统的光学图像差分方法需要多个透镜配合，使整个成像系统体积大且难以集成。

亚波长结构器件的发展带来了各种平面化、轻量化、高效率的光学器件。多种亚波长结构，如表面等离子体器件、光栅、几何相位器件等都被研究用于空间光学计算并实现了边缘检测的功能。然而这些设计仍需要借助传统透镜，无法真正实现单片式探测。

本团队研究人员报道了一种单片式超表面的空间差分器以用于实现边缘检测，能够显著降低超表面边缘检测的系统体积和复杂度。该单片式超表面同时融合了几何相位和传输相位，能够对波前进行独立调控。当线偏光经过物体入射到超表面时，左旋光和右旋光分别成像，并沿着相位梯度方向产生一定位移。由于左旋光和右旋光具有相同的相位，因此重叠后仍然是线偏光，当该部分线片光利用正交的线偏振片滤掉便会产生物体的边缘图像。实验结果表明，该单片式超表面可实现9.3~10.6um波段的宽带边缘探测，边缘分辨率高于49.4um。

该器件在光学成像、生物显微探测、无人驾驶图像识别等技术领域有一定应用前景，相关成果以“Monolithic metasurface spatial differentiator enabled by asymmetric photonic spin-orbit interactions”为题发表于Nanophotonics。(DOI: https://doi.org/10.1515/nanoph-2020-0366)

图1 单片式边缘检测超表面工作原理。（a）线偏光通过物体照射到超表面会分别产生左旋光图像和右旋光图像，且沿相位梯度方向具有一定的位移。（b）利用正交线偏振片将左旋光图像和右旋光图像滤除，就会产生物体的边缘信息。

图2 单片式边缘检测超表面边缘成像效果