Imagem multiespectral instantânea usando uma rede óptica difrativa

A imagem multiespectral tem sido utilizada para inúmeras aplicações, como monitoramento ambiental, aeroespacial, defesa e biomedicina. Aqui, apresentamos um sistema de imagem multiespectral baseado em uma rede óptica difrativa treinada usando aprendizado profundo para criar uma matriz de filtros espectrais virtuais no campo de visão da imagem de saída. Este imager multiespectral difrativo realiza imagens espacialmente coerentes em um grande espectro e, ao mesmo tempo, direciona um conjunto pré-determinado de canais espectrais para uma matriz de pixels no plano de saída, convertendo uma matriz de foco monocromática ou sensor de imagem em um dispositivo de imagem multiespectral sem filtros espectrais ou algoritmos de recuperação de imagem. Além disso, a responsividade espectral deste imager multiespectral difrativo não é sensível aos estados de polarização de entrada. Através de simulações numéricas, apresentamos diferentes designs de rede difrativa que alcançam imagens multiespectrais instantâneas com 4, 9 e 16 bandas espectrais únicas dentro do espectro visível, baseadas em superfícies difrativas passivas e estruturalmente organizadas, com um design compacto que se estende axialmente ~72λm, onde λm é o comprimento de onda médio da banda espectral de interesse. Além disso, demonstramos experimentalmente um imager multiespectral difrativo baseado em uma rede difrativa impressa em 3D que cria em seu plano de imagem de saída uma matriz de filtros espectrais virtuais repetitivos espacialmente com 2 × 2 = 4 bandas únicas no espectro terahertz. Devido ao seu fator de forma compacto e operação direta livre de computação, eficiente em energia e insensível à polarização, os imagers multiespectrais difrativos podem ser transformadores para várias aplicações de imagem e sensoriamento e ser usados em diferentes partes do espectro eletromagnético onde matrizes de pixels multiespectrais de alta densidade e de ampla área não estão amplamente disponíveis.