[发明专利]一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统及方法

权利要求书

1.一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，该系统包括由滤光片、矢量衍射超表面结构组合而成的多光谱偏振成像模块；所述多光谱偏振成像模块置于成像系统的光瞳位置；

所述矢量衍射超表面结构采用对不同偏振态光波具有差异化响应的周期单元结构组成，所述滤光片与矢量衍射超表面结构中心对准、贴合，待测样品经滤光片提取其波长信息，通过矢量衍射超表面结构将具有不同波长不同偏振态的光信息在周期单元结构的衍射作用下，经由成像透镜分区域成像在黑白相机上，通过对黑白相机上的图像强度分布进行数据后处理，获取待测样品的光谱和偏振态信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，多光谱偏振成像系统工作模式是透射式或反射式。

3.根据权利要求1所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，所述矢量衍射超表面由基底与基底上的纳米结构单元形成的周期阵列构成，纳米结构具有各向异性，是矩形柱、光栅、椭圆孔或椭圆柱结构，对偏振敏感。

4.根据权利要求2所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，根据工作模式，所述矢量衍射超表面结构材料分为反射式材料和透射式材料；所述反射式材料为金属材料，包括铝、金和银；所述透射式材料为介质或半导体材料，包括二氧化铪、二氧化钛、氮化硅、硅和锗。

5.根据权利要求3所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，所述矢量衍射超表面结构具有宽带工作特性，通过调节纳米结构的几何尺寸、方向转角以及在所在周期单元中的相对位置，实现振幅、相位、偏振态的调控；矢量衍射超表面结构的相位编码方式为迂回相位。

6.根据权利要求1所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，所述矢量衍射超表面结构的周期单元结构采用正交排列放置的铝纳米棒周期衍射结构。

7.根据权利要求1所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，滤光片可窄带透过多个波长，通过镀膜设计成单个滤光片透过多个波段，或将多个不同波长透过的滤光片进行分块组合实现。

8.根据权利要求1所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，使用成像系统对待测样品进行成像前，需要使用已知多光谱数据和斯托克斯参量数据的标准样品对各波长通道和各斯托克斯参量的成像强度值进行预标定。

9.根据权利要求8所述的一种基于光学超表面的多光谱偏振成像系统，其特征在于，使用黑白相机对待测样品进行拍照得到图像数据，结合预标定的数据，使用线性回归方法进行数据处理，得到待测样品的波长和偏振态信息。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述基于光学超表面的多光谱偏振成像系统的基于光学超表面的多光谱偏振成像方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）将滤光片与矢量衍射超表面结构中心对准、贴合，构成多光谱偏振成像模块，置于成像系统的光瞳位置；

（2）待测样品经滤光片提取其波长信息，通过矢量衍射超表面结构的衍射作用将具有不同波长不同偏振态的光信息经由成像透镜分区域成像在黑白相机上；

（3）通过对黑白相机上的图像强度分布进行处理，获取待测样品的光谱和偏振态信息。