上海技物所等在衍射光學神經網絡賦能非正交偏振全息復用方面獲進展

　　近日，中國科學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、陸衛團隊，聯合東華大學邢懷中團隊，在亞波長尺度上實現衍射光學神經網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可以互不影響、獨立操控，亦可使得任意的偏振態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完全隔離的偏振轉換和保持，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之間存在非零內積，從而在不利用空間、時間或其他維度的情況下實現理論上完全隔離的三個非正交偏振通道循環的全息復用。基于此，該團隊發展并建立了矢量衍射光學神經網絡賦能的超表面全局非正交偏振優化設計從而提高衍射效率并抑制串擾，展示了10×10規模的瓊斯矩陣下不同輸入和輸出偏振態55全息通道復用。研究發現，建立局域本征偏振操控與衍射光學神經網絡賦能的全局非正交偏振通道，使得不同的非正交偏振態能夠選擇性地耦合或抑制，以實現光子多維度、多功能集成復用。

　　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。