极端色散光学超表面的三维成像

       超表面由于其具备对入射光的相位、偏振和振幅的极端控制能力，因此具有革命性成像技术的潜力。它已经成为传统衍射光学的强大替代品。与衍射光学器件类似，超表面是由二维光学散射体阵列(称为超单元)组成。然而，它们的相位梯度并不是由光传播过程中逐渐的相位变化引起的。相反，由于光在每个超单元上增强的局部相互作用而导致的相位不连续使所需的相位梯度成为可能。这种增强的局部光相互作用在亚波长范围内改变了入射光的相位，从而允许功能多路复用并增加了设计灵活性。然而由于光的局部相互作用增强，超表面具有高度色散性。这种强色散被认为是实现超表面常规成像的主要限制。

       近日，美国休斯敦大学电气和计算机工程系Gururaj V.Naik等人认为这种强色散为计算成像增加了设计自由度，有可能打开新的应用。特别是，研究人员利用超表面的这种强色散特性，提出了一种紧凑的、单镜头的、被动的3D成像相机。该系统包括一个经过工程设计的超透镜，以对不同深度的波长进行聚焦，以及两个深度网络，以从系统获取的彩色、散焦图像中恢复深度和RGB纹理信息。与其它基于超表面的3D传感器相比，该设计可以在大视场(FOV)的全可见范围内工作，并有可能生成复杂3D场景的密集深度图。通过在直径为1 mm的超透镜上的模拟结果表明，它能够捕获0.12到0.6 m范围内的3D深度和纹理信息。相关研究工作发表在《ACS Photonics》上。(丁雷)

       文章链接：Shiyu Tan et al, 3D Imaging Using Extreme Dispersion in Optical metasurfaces, ACS Photonics(2021). https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c00110.