面向红外偏振成像的多功能超材料吸收体的反向设计

超材料电磁吸收体由亚波长尺寸和间隔的光学谐振体组成，能够利用强电磁共振来有效地吸收电磁辐射。除了增强吸收之外，人们越来越关注如何实现多功能吸收体（multi-functional absorbers），例如具有宽带吸收，强偏振选择性比的吸收体。传统上，设计多功能吸收体需要使用相当大的参数空间进行复杂的暴力优化（brute-force optimizations），设计效率相对较低。本文中，我们使用粒子群优化算法，设计并实验验证宽带和高偏振选择性的中红外金属 - 绝缘体 - 金属吸收体，覆盖重要的3-5μm大气透明窗口。在目标波段平均光谱吸收超过70％的情况下，该设计同时实现了40.6的高偏振消光比。我们还研究了光谱吸收的入射角依赖性并阐明了光学损耗的起因。通过中红外探测器和成像传感器的集成，我们的设备有望实现新的应用，如用于遥感的中红外全斯托克斯成像偏振探测。

传统的红外偏振成像架构采用的是“微线栅偏振片+红外像元”的形式，这种结构对封装技术的要求比较高，同时存在较强的光学串扰（Optical crosstalk），而且难以实现双色探测。华中科技大学光电信息学院博士生李君宇在副教授易飞的指导下，另辟蹊径，利用横向排列的多尺寸条状金属微结构的谐振峰之间的耦合效应，实现了兼具带通吸收以及高偏振选择特性的超材料电磁吸收体，并提出将具有偏振选择和波长选择特性的超材料电磁吸收体与红外像元直接集成起来，构建出一种新型的红外像元结构，力求从像元层面克服传统架构的不足。本文的结果为设计红外偏振探测以及红外偏振成像开辟了一条新的道路。(日前，该工作已在著名光学期刊Optics Express (IF: 3.307) 上发表 。