哈工大电子与信息工程学院祁嘉然教授团队设计出非交错共孔径全斯托克斯超构透镜

哈工大全媒体（梁英爽 冯琳/文 冯琳/图）近日，我校电子与信息工程学院祁嘉然教授团队在高分辨全斯托克斯极化相机及应用探索领域取得重要进展，运用先验知识驱动逆向设计方法设计全斯托克斯超构透镜，突破了基于超构透镜的全斯托克斯极化相机在效率、分辨率、对比度、集成度等方面的局限。研究成果以《先验知识驱动逆向设计的非交错共孔径全斯托克斯超构透镜》（Non-Interleaved Shared-Aperture Full-Stokes Metalens viaPrior-Knowledge-Driven Inverse Design）为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上，并被选为2025年第11期封面文章。该研究在地形测绘、目标外形重建、地物分类识别和飞行器航姿感知等领域具有应用价值。

超构表面技术为实现轻量、集成的全斯托克斯极化相机提供新思路。然而，当前全斯托克斯极化测量超构表面主要采用交错设计方案，存在性能衰减、测量耗时、体积大等问题，限制了高集成瞬时全斯托克斯极化相机的发展。针对这一技术瓶颈，团队从极化探测机制和衍射极限成像机理出发，创新性地在超构透镜逆向设计过程中引入了与全极化探测和衍射极限成像相关的约束条件，提出适用于先验知识驱动逆向设计新模式，以此设计出基于超构透镜的衍射极限全斯托克斯极化相机。

非交错共孔径全斯托克斯超构透镜原理图

随后，团队在W波段下验证了超构透镜的全极化衍射极限探测成像性能，搭建了实验用被动毫米波全斯托克斯极化相机，成功实现了瞬时高性能全极化探测成像，减少了对传统极化辐射计中正交模转换器和宽带相关器的高成本和高复杂度的依赖。在此基础上，团队进一步提出三维重建算法，验证了多极化信息用于非接触表面梯度测量的可行性。所提出的被动毫米波全斯托克斯极化相机配合高精度转台，在大视域探测范围内实现了毫米级的非接触式表面梯度重建，验证了其用于地形测绘和目标外形重建的可行性。该方法突破了传统交错设计方法在集成度、成像性能以及瞬时探测方面的局限性，为小型化高性能全斯托克斯极化相机设计提供新思路。

被动毫米波全斯托克斯极化相机和三维表面梯度重建

哈工大为论文唯一通讯单位。电子与信息工程学院祁嘉然教授、程亚运副教授为论文共同通讯作者，博士研究生王禹忠、王毅非和硕士研究生余阿祥为论文共同第一作者，硕士研究生胡明双和博士研究生王启明、庞诚、熊慧敏参与相关工作。

该研究工作获国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金优秀青年科学基金等项目资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408978