受沙漠螞蟻復眼啟發(fā)，我國科學家為片上集成偏振成像系統(tǒng)提供新思路

近日，《科學進展》（Science Advances）雜志報道了中科院理化技術研究所李明珠研究員課題組在片上集成偏振光電探測器研究上取得的最新進展。研究團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了一種納米壓印限域結晶法（nanoimprinting crystallization），通過一步溶液法制備了面積為 12.79 mm × 12.79 mm且表面具有6400個四取向光柵陣列的鈣鈦礦單晶薄膜，實現(xiàn)了光調控功能的微納光學結構與光電敏感材料的一體化，并且成功構筑了可單次拍攝的超薄偏振探測器件。該偏振光電探測器是一種緊湊型片上光電器件，無需偏振光學元件，可成功應用于視覺去霧、聚合物應力可視化以及組織中癌變區(qū)域的檢測等領域。該工作為開發(fā)單次拍攝的高靈敏、小型化和片上集成偏振成像系統(tǒng)提供了新思路（Sci. Adv. 2024，10, eadr5375 ）。 -~_|ZnuM9  
偏振成像具有探測維度多，精度高，對比度高，去霧、去偽、去反光，環(huán)境適應性強等優(yōu)點，被應用于遙感成像、目標識別和機器視覺等領域。國家航天局發(fā)布的《2021中國的航天》白皮書中指出，嫦娥系列月球探測器、天文一號火星探測器為代表的航天測控任務，對高精度、多維度的偏振載荷技術提出了需求。全國氣象發(fā)展十四五規(guī)劃中，中國氣象局同樣提出了對多偏振探測的需求。2024年2月，Science新聞報道：美國宇航局將耗資數(shù)十億美元研發(fā)高精度偏振成像探測器，用以觀測海洋生物景觀。因此，偏振成像探測在航空航天、氣象探測等領域起著不可或缺的作用。 /#t::b+>x  
目前，商用偏振成像系統(tǒng)通常由多種光學元件組成，復雜笨重且難以小型化。市場對于小型化集成化偏振探測系統(tǒng)的需求日益提高。高度集成、設計簡化、低成本且無需偏振光學組件的高靈敏單次拍攝的偏振探測器件的設計與制備，成為人們關注的重點 。 b8%TwYp  
沙漠螞蟻Cataglyphis可以在沙漠中行走幾百米尋找食物，然后直線返回巢穴，而不會迷路，這是因為其復眼的感光細胞具有偏振光感知能力。感光細胞中存在兩組相互垂直的微絨毛，這使得其對入射光的偏振方向敏感（圖1A-C）。受沙蟻復眼啟發(fā)，李明珠課題組利用納米壓印輔助的一步溶液結晶法（nanoimprinting crystallization）制備了表面具有6400個四向光柵陣列的鈣鈦礦單晶薄膜（4D-G-PSCTF）（圖1D）。由于偏振敏感結構是在鈣鈦礦的原位結晶過程中形成的，因此不會損傷材料光電性能，最終可以獲得四向光柵陣列和薄膜一體化的高性能鈣鈦礦單晶薄膜（圖1E-H）�；�于4D-G-PSCTF，該課題組設計并構筑了一個無需其他標準偏振光學元件的單次拍攝的片上集成偏振光電探測器，并實現(xiàn)了高靈敏的偏振成像（圖1I）。 ;V