一种可片上集成的高性能中红外光谱与偏振分光器

近日，中国科学院上海技术物理研究所王少伟团队提出了一种可片上集成的高性能中红外光谱与偏振分光器（SPF）。相关成果以“A mid-infrared high-performance spectropolarimetry filterbased on dual-mode independent modulation”为题，发表于英国皇家化学会期刊Nanoscale上，并被选做期刊的封面文章。

特征光谱已被广泛用于分析分子结构和化学成分，光的偏振特性包含了表面粗糙度、材料、组织特征和三维形状等有价值的信息，同时获取光的光谱和偏振信息，在遥感、目标探测、伪装识别、生物医学等领域有重要的应用前景。然而，传统光谱和偏振信息获取的方法大多是由多个分立元件组成的大型复杂系统，而目前微型可集成光谱和偏振分光器件大多光谱分辨力低或偏振选择性差，难以同时获得高的光谱分辨力和偏振消光比。

该器件由双层亚波长金属光栅（BLMG）和Fabry–Perot（FP）共振腔组成，当TM偏振光入射时，FP腔为主导模式，可独立调节获得高的光谱分辨力（λ/∆λ）；当TE偏振光入射时，BLMG为主导模式，器件可实现对TE偏振极好的屏蔽。SPF可以在两种模式下分别独立调控，从而同时获得优异的光谱分辨力和偏振消光比。实验制备并测试得到的偏振消光比和光谱分辨力分别高达3×10⁴和387，透过率为60%，结果与理论设计吻合，可以同时准确地获取光谱和偏振信息。

图1 SPF器件模型和实验结果。（a）SPF器件结构示意图；（b）SPF器件性能实验测试结果；（c）和（d）分别为SPF器件的SEM截面图和俯视图。

这项工作将该器件应用于横纹肌肉瘤组织的诊断，成功实现横纹肌和横纹肌肉瘤组织的区分，演示了其在肿瘤诊断领域的应用前景。还可根据实际应用需求，将该器件拓展到其他波段，为多维光学信息的获取、目标的检测和准确识别提供了一种新的途径。同时，该器件结构与探测器的制造工艺兼容，可与探测器单片集成，为多维探测技术的集成化和微小型化提供了新的解决方案。

图2 光谱偏振分光器件在横纹肌肉瘤诊断中的应用。（a）和（b）分别为5 µm厚横纹肌组织和横纹肌肉瘤组织在CaF₂衬底上的光学显微镜图像；（c）和（d）分别为横纹肌组织和横纹肌肉瘤组织在光谱偏振分光器件的不同偏振方向下的透射谱，其中绿色虚线表示横纹肌组织和横纹肌肉瘤组织在6.789 μm波长处的特征吸收峰位置。

审核编辑：刘清