我院张蓓老师课题组提出一种基于涡旋偏振状态分析（Vortex-PSA）的全偏振信息测量新方法，首次实现基于特征图案的全空间偏振信息瞬态/单步高精度测量。相关成果以《Stokes Polarimeter via Characteristic Pattern Strategy by Vortex-PSA Module》为题，发表于《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》。
该研究受国家自然科学基金课题《基于涡旋特征图案的全偏振信息直接测量方法》（No.62375010）资助。应用场景为：偏振自主导航、肿瘤早筛、半导体检测等领域。欢迎合作。
传统的光偏振测量方法常与机械旋转绑定，尽管学术界已研发出空间调制型偏振检测技术以规避机械旋转，但兼具单次、瞬态、全空间、小型化、一键式测量优势，且能通过特征图案实现全偏振信息完整解耦的技术，此前尚未实现。课题组针对这一技术空白，提出单步瞬态测量方案（见图 1），核心为“前向编码+后向解耦”策略：
前向编码：通过课题组自主研发的Vortex-PSA模块，将待测偏振信息转化为几何特征鲜明的涡旋特征图案，实现全偏振信息的编码。
后向解耦：利用课题组原创的频域分解（FDD）算法，将特征图案解耦成彼此独立的谐波分量信道，精准解析全偏振信息。
课题组硕士生朱昕昀（现为新加坡国立大学博士生）从物理层面验证了特征图案的形成机理，并通过数学论证明确了特征图案各谐波分量的独立性，为该技术提供了理论支撑。
图1 “前向编码+后向解耦”策略
该成果的核心创新点包括三方面：
1）核心硬件模块——涡旋偏振态分析（Vortex-PSA）模块，这是目前唯一能够实现全偏振信息编码的涡旋模块，由课题组原创且首次提出。
图2 Vortex-PSA模块实现全信息编码
2）核心算法模块——频域分解（FDD）算法，这是目前唯一能实现涡旋特征图案机理解析的算法模块，由课题组首次提出。
图3 频域分解算法处理特征图案以及提取全偏振信息
3）课题组完成了该测量技术的实验系统样机开发，并配套研发了全自动识别的图像处理算法和软件，实验检测结果可精准呈现Stokes参数的相关信息。
图4 全偏振信息实验检测结果
在涡旋偏振领域，课题组持续深耕并取得系列成果：先后实现偏振片高精度测量（相关成果发表于《Measurement》）、双折射全信息同步测量（发表于《Measurement》）、宽波带场景下偏振方向测量（发表于《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》）等相关技术/仪器。
目前，课题组正推进“单步涡旋Mueller偏振仪”“多光谱涡旋椭偏仪”等关键技术研发，致力于构建完整的涡旋偏振测量体系，服务我国高端科学仪器领域的自主创新。
论文原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/11112581/
