近日，中科院上海技術物理研究所紅外科學與技術重點實驗室李冠海、陳效雙、陸衛(wèi)團隊，聯(lián)合東華大學邢懷中團隊，在亞波長尺度上實現(xiàn)衍射光學神經(jīng)網(wǎng)絡賦能的非正交偏振全息復用方面取得進展。這一成果為復雜場景目標生成、通信信道容量提升、非線性光學和偏振探測等的應用提供了新的可能與參考。相關研究成果以Unlocking Ultra-High Holographic Information Capacity through Nonorthogonal Polarization Multiplexing為題，在線發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。

超表面通常由亞波長尺度的結構單元組成，基于幾何相位、模式共振等機制可以同步操控光子相位、振幅和偏振等多個維度。偏振正交屬性可使得任意兩個正交偏振態(tài)可以互不影響、獨立操控，亦可使得任意的偏振態(tài)均可以由一組正交基完備表征。雖然光子的偏振正交特性有助于實現(xiàn)完全隔離的偏振轉(zhuǎn)換和保持，但在根本上限制了類似波長維度在高光譜、超光譜等在復用通道數(shù)量上進行拓展的可能。

針對上述問題，該團隊提出了在亞波長尺度上操控超表面局域本征偏振實現(xiàn)非正交偏振基復用的新機制。這一方法允許每個超表面單元的輸入輸出偏振狀態(tài)之間存在非零內(nèi)積，從而在不利用空間、時間或其他維度的情況下實現(xiàn)理論上完全隔離的三個非正交偏振通道循環(huán)的全息復用。基于此，該團隊發(fā)展并建立了矢量衍射光學神經(jīng)網(wǎng)絡賦能的超表面全局非正交偏振優(yōu)化設計從而提高衍射效率并抑制串擾，展示了10×10規(guī)模的瓊斯矩陣下不同輸入和輸出偏振態(tài)55全息通道復用。研究發(fā)現(xiàn)，建立局域本征偏振操控與衍射光學神經(jīng)網(wǎng)絡賦能的全局非正交偏振通道，使得不同的非正交偏振態(tài)能夠選擇性地耦合或抑制，以實現(xiàn)光子多維度、多功能集成復用。

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衍射光學神經(jīng)網(wǎng)絡賦能本征偏振操控獲得55通道非正交偏振全息復用

研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院、上海市科學技術委員會等的支持。

相關鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50586-5