高性能偏振成像传感器：设计与光学测量

"这篇文献分析了微偏振阵列的设计要求，主要针对探测部分偏振光的成像传感器。文章提出了一个高分辨率的分焦平面偏振成像传感器，该传感器集成了铝纳米线偏振滤波器和CCD成像元件。文中详细探讨了微偏振阵列设计的四个关键点，包括使用45°偏移的4个偏振光滤光片、像素间距匹配、消光比要求以及减少像素间串扰。此外，还介绍了这种传感器在部分偏振光成像中的应用，如提高光学散射环境下的目标对比度、水下成像、非接触指纹检测等。" 本文研究的焦点在于设计一种能够有效探测部分偏振光的成像传感器，这在多个领域具有广泛的应用价值。部分偏振光的特征可以通过三个参数来表征：入射角、物体材料的折射率以及物体对光的散射方式。为了实现这一目标，研究者提出了一种集成CCD成像元件（硅探测器）和铝纳米线偏振滤波器的新型传感器，该传感器具有45dB的信噪比，40frame/s的帧率，以及300mW的功耗。 微偏振阵列的设计要求非常具体。首先，阵列使用4个偏振光滤光片，每个滤光片相对于垂直方向偏移45°，以滤除不同方向的偏振光。其次，像素间距需要与底层的光电探测器阵列相匹配，以确保成像的精确性。第三，偏振滤波器的消光比要求大于20，这意味着透射光强与阻挡光强之比至少为20:1，以提供良好的偏振选择性。最后，设计必须考虑防止相邻像素间的串扰，以避免信号混淆。 文章中提到的高分辨率分焦平面偏振成像传感器包含1000×1000个CCD成像元件，每个像素配备有CCD寄存器和电荷电压转换放大器。铝纳米线偏振滤波器的规格为宽度70nm、高度70nm、间距140nm，形成45°偏移的微偏振滤波器阵列。实验测量显示，传感器对平行和交叉偏振光的响应度差异显著，消光比表现出良好的性能，例如在625nm处达到58±1.2的高值。 通过这种新型传感器，可以进行斯托克斯参量测量，以获取更精确的偏振信息。然而，由于运动引起的偏振信息提取不准确，帧速率可能会降低。尽管如此，这种传感器仍能提供对部分偏振光成像的高效解决方案，适用于多种实际应用，包括改善光学散射环境中的目标识别、水下成像、化学异构体分类、非接触式指纹检测以及生物医学领域的早期皮肤癌检测和视网膜手术。