受沙漠螞蟻復(fù)眼啟發(fā)，我國科學(xué)家為片上集成偏振成像系統(tǒng)提供新思路

近日，《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志報(bào)道了中科院理化技術(shù)研究所李明珠研究員課題組在片上集成偏振光電探測(cè)器研究上取得的最新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種納米壓印限域結(jié)晶法（nanoimprinting crystallization），通過一步溶液法制備了面積為 12.79 mm × 12.79 mm且表面具有6400個(gè)四取向光柵陣列的鈣鈦礦單晶薄膜，實(shí)現(xiàn)了光調(diào)控功能的微納光學(xué)結(jié)構(gòu)與光電敏感材料的一體化，并且成功構(gòu)筑了可單次拍攝的超薄偏振探測(cè)器件。該偏振光電探測(cè)器是一種緊湊型片上光電器件，無需偏振光學(xué)元件，可成功應(yīng)用于視覺去霧、聚合物應(yīng)力可視化以及組織中癌變區(qū)域的檢測(cè)等領(lǐng)域。該工作為開發(fā)單次拍攝的高靈敏、小型化和片上集成偏振成像系統(tǒng)提供了新思路（Sci. Adv. 2024，10, eadr5375 ）。 FSHC\8siS  
偏振成像具有探測(cè)維度多，精度高，對(duì)比度高，去霧、去偽、去反光，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被應(yīng)用于遙感成像、目標(biāo)識(shí)別和機(jī)器視覺等領(lǐng)域。國家航天局發(fā)布的《2021中國的航天》白皮書中指出，嫦娥系列月球探測(cè)器、天文一號(hào)火星探測(cè)器為代表的航天測(cè)控任務(wù)，對(duì)高精度、多維度的偏振載荷技術(shù)提出了需求。全國氣象發(fā)展十四五規(guī)劃中，中國氣象局同樣提出了對(duì)多偏振探測(cè)的需求。2024年2月，Science新聞報(bào)道：美國宇航局將耗資數(shù)十億美元研發(fā)高精度偏振成像探測(cè)器，用以觀測(cè)海洋生物景觀。因此，偏振成像探測(cè)在航空航天、氣象探測(cè)等領(lǐng)域起著不可或缺的作用。 3u&)6C?YM  
目前，商用偏振成像系統(tǒng)通常由多種光學(xué)元件組成，復(fù)雜笨重且難以小型化。市場(chǎng)對(duì)于小型化集成化偏振探測(cè)系統(tǒng)的需求日益提高。高度集成、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、低成本且無需偏振光學(xué)組件的高靈敏單次拍攝的偏振探測(cè)器件的設(shè)計(jì)與制備，成為人們關(guān)注的重點(diǎn) 。 zTW)SX_O  
沙漠螞蟻Cataglyphis可以在沙漠中行走幾百米尋找食物，然后直線返回巢穴，而不會(huì)迷路，這是因?yàn)槠鋸?fù)眼的感光細(xì)胞具有偏振光感知能力。感光細(xì)胞中存在兩組相互垂直的微絨毛，這使得其對(duì)入射光的偏振方向敏感（圖1A-C）。受沙蟻復(fù)眼啟發(fā)，李明珠課題組利用納米壓印輔助的一步溶液結(jié)晶法（nanoimprinting crystallization）制備了表面具有6400個(gè)四向光柵陣列的鈣鈦礦單晶薄膜（4D-G-PSCTF）（圖1D）。由于偏振敏感結(jié)構(gòu)是在鈣鈦礦的原位結(jié)晶過程中形成的，因此不會(huì)損傷材料光電性能，最終可以獲得四向光柵陣列和薄膜一體化的高性能鈣鈦礦單晶薄膜（圖1E-H）。基于4D-G-PSCTF，該課題組設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了一個(gè)無需其他標(biāo)準(zhǔn)偏振光學(xué)元件的單次拍攝的片上集成偏振光電探測(cè)器，并實(shí)現(xiàn)了高靈敏的偏振成像（圖1I）。 :nn(Ndlz9