一種可片上集成的高性能中紅外光譜與偏振分光器

近日，中國科學院上海技術(shù)物理研究所王少偉團隊提出了一種可片上集成的高性能中紅外光譜與偏振分光器（SPF）。相關(guān)成果以“A mid-infrared high-performance spectropolarimetry filterbased on dual-mode independent modulation”為題，發(fā)表于英國皇家化學會期刊Nanoscale上，并被選做期刊的封面文章。

特征光譜已被廣泛用于分析分子結(jié)構(gòu)和化學成分，光的偏振特性包含了表面粗糙度、材料、組織特征和三維形狀等有價值的信息，同時獲取光的光譜和偏振信息，在遙感、目標探測、偽裝識別、生物醫(yī)學等領(lǐng)域有重要的應用前景。然而，傳統(tǒng)光譜和偏振信息獲取的方法大多是由多個分立元件組成的大型復雜系統(tǒng)，而目前微型可集成光譜和偏振分光器件大多光譜分辨力低或偏振選擇性差，難以同時獲得高的光譜分辨力和偏振消光比。

該器件由雙層亞波長金屬光柵（BLMG）和Fabry–Perot（FP）共振腔組成，當TM偏振光入射時，F(xiàn)P腔為主導模式，可獨立調(diào)節(jié)獲得高的光譜分辨力（λ/?λ）；當TE偏振光入射時，BLMG為主導模式，器件可實現(xiàn)對TE偏振極好的屏蔽。SPF可以在兩種模式下分別獨立調(diào)控，從而同時獲得優(yōu)異的光譜分辨力和偏振消光比。實驗制備并測試得到的偏振消光比和光譜分辨力分別高達3×10?和387，透過率為60%，結(jié)果與理論設(shè)計吻合，可以同時準確地獲取光譜和偏振信息。

圖1 SPF器件模型和實驗結(jié)果。（a）SPF器件結(jié)構(gòu)示意圖；（b）SPF器件性能實驗測試結(jié)果；（c）和（d）分別為SPF器件的SEM截面圖和俯視圖。

這項工作將該器件應用于橫紋肌肉瘤組織的診斷，成功實現(xiàn)橫紋肌和橫紋肌肉瘤組織的區(qū)分，演示了其在腫瘤診斷領(lǐng)域的應用前景。還可根據(jù)實際應用需求，將該器件拓展到其他波段，為多維光學信息的獲取、目標的檢測和準確識別提供了一種新的途徑。同時，該器件結(jié)構(gòu)與探測器的制造工藝兼容，可與探測器單片集成，為多維探測技術(shù)的集成化和微小型化提供了新的解決方案。

圖2 光譜偏振分光器件在橫紋肌肉瘤診斷中的應用。（a）和（b）分別為5 μm厚橫紋肌組織和橫紋肌肉瘤組織在CaF?襯底上的光學顯微鏡圖像；（c）和（d）分別為橫紋肌組織和橫紋肌肉瘤組織在光譜偏振分光器件的不同偏振方向下的透射譜，其中綠色虛線表示橫紋肌組織和橫紋肌肉瘤組織在6.789 μm波長處的特征吸收峰位置。

審核編輯：劉清