这项工作中，研究团队提出并展示了一种基于复振幅超表面的任意高阶光学空间微分处理器。通过在超构透镜中引入贝塞尔涡旋的调制，其相干传递函数可近似为径向波矢的幂函数，满足空间微分处理的需求（图1）。通过改变复振幅中贝塞尔涡旋的阶数（即拓扑荷数），所提出的贝塞尔涡旋调制超构透镜可以实现任意阶光学微分处理。团队在实验中利用标准分辨率版和特殊形状光阑作为振幅型物体，测试了一到四阶贝塞尔涡旋调制超构透镜的宽带微分处理性能。
为了进一步展示器件在并行处理中的优越性，团队基于角度复用技术创建了多个独立信息处理通道，将零到四阶贝塞尔涡旋调制超构透镜集成在单层超表面上，形成一款高度集成化的多通道光学微分处理器件（图2）。在实验测试中，团队利用椴树茎切片细胞和紫外光刻胶等相位型物体验证了该微分处理器在单次拍摄中实现零阶至四阶空间微分成像的能力。
图2. 平行多阶微分处理的集成多通道贝塞尔涡旋调制超构透镜
该工作所提出的紧凑型多功能贝塞尔涡旋调制超构透镜有望推动光学模拟图像处理技术的快速发展，并促进其在人工智能、机器视觉、自动驾驶以及生物医学成像等领域中的应用。
南京大学现代工程与应用科学学院副研究员霍鹏程博士为论文第一作者，电子科学与工程学院22级博士谭乐以及现工院22级博士靳雅琪为共同第一作者，通讯作者为南京大学徐挺教授和陆延青教授。该研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金等项目的资助，并得到人工微结构科学与技术协同创新中心、固体微结构物理国家重点实验室等平台的大力支持。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-53463-3
--课题组供稿
