近日，东南大学多维探测与智能识别团队开发出一种基于电响应偏振态重构的实时三维成像方法。通过在器件中集成0°、45°、90°和135°四向光栅，实现基于四向电流响应的未知部分偏振光偏振度（DoP）与偏振角（φ）直接提取，进而完成偏振态电学重构，并将偏振信息进一步映射为极坐标下的天顶角和方位角，为紧凑型实时偏振三维成像提供了新的器件方案。相关成果以《基于电响应偏振态重构的实时三维成像》（“Real-time 3D imaging via electrical-response polarization state reconstruction”）为题发表在Nano Letters上。
研究团队构建了0°、45°、90°和135°一维光栅的四向偏振阵列，无需旋转偏振片或额外偏振光学器件，通过四向偏振探测器响应电流直接提取入射部分偏振光的DoP和φ。建立了部分偏振光偏振对比度与DoP之间的定量关系，并结合Fresnel方程和偏振三维成像理论，将偏振信息进一步转换为极坐标中的天顶角θ和方位角φ，从而获得物体表面法向量。对石膏几何体的表面法向量重构偏差均小于5.4°（不考虑偏振180°周期性所导致的方向不确定性），进一步对石膏雕塑的三维成像验证中，通过重构得到的表面法向量恢复物体相对高度，其高度轮廓与实际表面形貌具有较高一致性。该工作将偏振光电探测、偏振态电学重构和三维表面形貌恢复结合在同一器件体系中，为无需外置偏振片的紧凑型偏振三维成像提供了一种新的技术路径。
图1. 偏振态识别与三维成像。(a) 基于部分偏振漫反射光求解DoP的原理示意图；(b) 探测器偏振对比度P与入射光DoP之间的关系，以及P与表面法向量天顶角θ之间的对应关系；(c) 六棱锥样品及通过四向电流拟合获得的天顶角和方位角；(d) 不同位置实际与重构的表面法向量；(e) 由偏振态识别获得的天顶角和方位角二维成像结果；(f) 根据表面法向量的连续性以及其与物体切平面的垂直关系恢复的相对高度；(g) 偏振态识别重构的相对高度与样品实际高度的比较。
东南大学电子科学与工程学院顾宇、徐晓宝教授为本文的共同通讯作者，东南大学电子科学与工程学院博士后李君宇为本文的第一作者。该研究受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省卓越博士后、江苏省国际科技合作项目、中央高校基本科研业务费专项资金及航空科学基金等项目的资助。
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