亚纳米分辨率 x 100Hz 高速率，Dhyana 95助力光谱偏振测量技术创新

近期，国防科技大学相关研究团队针对宽带光谱偏振测量的快速精准需求开展研究，提出基于多色矢量光束（英文全称：Polychromatic Vector Beams，缩写: PVBs）的单次成像技术，相关成果以《Broadband spectropolarimetry based on single-shot intensity images》为题，发表于光学权威期刊《Photonics Research》。

PVBs光谱偏振测量方法
创新成果概述

宽带光谱偏振测量需同步获取偏振与光谱信息，但传统方法通常因固有的驱动装置、多条测量路径以及偏振和光谱检测机制的复杂组合而显得系统非常笨重，还需经历复杂耗时的多步骤操作，难以适配快速动态场景测量需求。所以采用简易装置实现快速、准确且宽带的偏振测量仍是一项重大挑战。

图1：PVBs 光谱偏振仪实验装置图

研究团队提出PVBs单次成像宽带光谱偏振测量方案，通过定制 DOE 与涡旋延迟器实现信息空间编码，突破传统技术瓶颈，为动态偏振光谱监测提供高效工具，核心创新点包括：

・高精度：400-700nm 范围内，斯托克斯分量测量 RMS 误差 < 1%，光谱分辨率 < 0.8nm。
・高速度：单次成像完成测量，图像处理仅 9.895ms，输出速率达 100Hz。
・ 高稳定：无机械旋转部件，结构简单，适配动态过程长期监测。

图2：PVBs 光谱偏振测量方法与传统方法的比较

Dhyana 95 相机应用优势解析

该研究通过单次强度成像同步反演宽带光谱与偏振信息，核心成像挑战在于二维强度信号高度编码、反演敏感度高，对相机的低噪声、像素一致性、线性响应提出严格要求。

Dhyana 95 sCMOS相机在该研究中是强度图像记录与偏振信息解码的核心探测器，其核心性能精准匹配PVB光谱偏振测量实验需求：

① 高灵敏度（95% QE，11 µm 大像素）

提升弱信号采集能力，保障宽带光谱-偏振空间编码的有效信噪比。

② 低读出噪声（~1.6 e⁻ median），降低强度测量不确定性，支撑偏振精度目标。

③ 高像素一致性（PRNU/DSNU校正），提升对强度变化解码的精度。

④ 大动态范围与满阱（~90 dB，100 ke⁻），同时容纳强弱编码信号，提升偏振定量精度。

图3：RGB 强度图像与可见光范围强度变化图（Dhyana 95 拍摄的实际强度图像）

参考文献：

Chao Gao, Xiaoyu Cao, Jianyu Weng, Bin Zhang, Dechao Liu, Yuying Mei, Xuheng Yang, Wei Liu, and Bing Lei, "Broadband spectropolarimetry based on single-shot intensity images of polychromatic structured vector beams," Photon. Res. 13, 781-790 (2025)

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