【儀表網 研發快訊】近日，哈爾濱工業大學電子與信息工程學院祁嘉然教授團隊在高分辨全斯托克斯極化相機及應用探索領域取得重要進展，運用先驗知識驅動逆向設計方法設計全斯托克斯超構透鏡，突破了基于超構透鏡的全斯托克斯極化相機在效率、分辨率、對比度、集成度等方面的局限。研究成果以《先驗知識驅動逆向設計的非交錯共孔徑全斯托克斯超構透鏡》(Non-Interleaved Shared-Aperture Full-Stokes Metalens viaPrior-Knowledge-Driven Inverse Design)為題發表在《先進材料》(Advanced Materials)上，并被選為2025年第11期封面文章。該研究在地形測繪、目標外形重建、地物分類識別和飛行器航姿感知等領域具有應用價值。
超構表面技術為實現輕量、集成的全斯托克斯極化相機提供新思路。然而，當前全斯托克斯極化測量超構表面主要采用交錯設計方案，存在性能衰減、測量耗時、體積大等問題，限制了高集成瞬時全斯托克斯極化相機的發展。針對這一技術瓶頸，團隊從極化探測機制和衍射極限成像機理出發，創新性地在超構透鏡逆向設計過程中引入了與全極化探測和衍射極限成像相關的約束條件，提出適用于先驗知識驅動逆向設計新模式，以此設計出基于超構透鏡的衍射極限全斯托克斯極化相機。
非交錯共孔徑全斯托克斯超構透鏡原理圖
隨后，團隊在W波段下驗證了超構透鏡的全極化衍射極限探測成像性能，搭建了實驗用被動毫米波全斯托克斯極化相機，成功實現了瞬時高性能全極化探測成像，減少了對傳統極化輻射計中正交模轉換器和寬帶相關器的高成本和高復雜度的依賴。在此基礎上，團隊進一步提出三維重建算法，驗證了多極化信息用于非接觸表面梯度測量的可行性。所提出的被動毫米波全斯托克斯極化相機配合高精度轉臺，在大視域探測范圍內實現了毫米級的非接觸式表面梯度重建，驗證了其用于地形測繪和目標外形重建的可行性。該方法突破了傳統交錯設計方法在集成度、成像性能以及瞬時探測方面的局限性，為小型化高性能全斯托克斯極化相機設計提供新思路。
被動毫米波全斯托克斯極化相機和三維表面梯度重建
哈工大為論文唯一通訊單位。電子與信息工程學院祁嘉然教授、程亞運副教授為論文共同通訊作者，博士研究生王禹忠、王毅非和碩士研究生余阿祥為論文共同第一作者，碩士研究生胡明雙和博士研究生王啟明、龐誠、熊慧敏參與相關工作。
該研究工作獲國家自然科學基金、黑龍江省自然科學基金優秀青年科學基金等項目資助。哈工大全媒體(梁英爽 馮琳/文 馮琳/圖)
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