传统分光光度法（a）和带有可调谐液晶元表面的计算分光光度法（b）的示意图。资料来源：Yibo Ni等人。

虽然传统的光电探测器只能测量光强度，但光场包含更丰富的信息。这些信息包括但不限于相位、偏振和光谱。

多维光场信息的测量可以在各个领域找到其应用。例如，偏振测量可以揭示物体的材料组成和表面纹理。光谱分析可用于化学研究和基于波长划分的电信。

传统的偏振仪和光谱仪通常很笨重，这阻碍了它们在小型化平台上的应用。分幅式偏振仪和光谱仪利用偏振分光器和色散元件。这些被设计用来在空间上分离和区分不同偏振和波长的光。

另外，时间划分的偏振仪和光谱仪利用可调谐的偏振和波长过滤器，按顺序测量不同偏振和光谱成分的光强度。通过偏振和光谱检测机制的复用，最近开发了可以同时测量光的偏振和光谱的复合系统。然而，多路复用不可避免地导致了系统外形尺寸和复杂性的进一步增加。

在eLight上发表的一篇新论文中，由清华大学精密仪器系精密测量技术与仪器国家重点实验室的杨元武教授领导的科学家团队开发了一种基于可电调的液晶元面的近红外光谱仪。

这篇题为 "使用可调谐液晶元表面的计算光谱偏振仪 "的论文展示了如何通过具有高质量因子导模共振的可调谐元表面结合计算重建算法实现同时的偏振和光谱测量。

c-e 单色（c）、宽带（d）和窄带（e）入射光的分光测温重建结果。资料来源：Yibo Ni等人。

元表面是一类新兴的平面衍射光学元件。它的设计灵活性为操纵矢量光场开辟了新天地。近年来，基于元表面的偏振仪和光谱仪已经被开发出来。计算型偏振仪和光谱仪也已经被证明。这些设备显示了入射光的偏振或光谱如何使用可调谐的石墨烯集成的元表面或元表面阵列进行编码。

多维光场信息的同时复用和重建仍然具有挑战性。基于元表面的光谱偏振测量法已经通过对不同偏振成分和波长的入射光进行空间分割得到了证明。然而，这种方法需要一个检测器阵列在单一空间位置进行偏振和光谱检测。这使其无法用于光谱测量成像。

b,c 单色（b）和宽带（c）入射光的实验性分光极化重建结果。资料来源：Yibo Ni等人。

研究人员提出并在实验中演示了一种同时测量近红外光的偏振和光谱的分光计。该系统的核心硬件是一个可电调的液晶嵌入的硅元表面。该元表面是为支持多个高质量因素的导引模式共振而定制的。

该元表面具有丰富的、各向异性的光谱特征，可以通过应用不同的偏置电压进行广泛调整。该系统可以通过单像素光电探测器记录的反射光强度重建入射光的全部斯托克斯参数和光谱。液晶元表面的制造与互补金属氧化物半导体（CMOS）和硅上液晶（LCoS）制造工艺完全兼容。这意味着该系统可以以较低的成本进行大规模生产。

基于可调谐元表面的多维光场编码器的演示允许同时测量近红外光的偏振和光谱。元表面利用其各向异性的高Q值引导模式共振对偏振和光谱信息进行编码。尽管液晶元表面目前在反射模式下工作，但人们也可以设计一个透射型液晶元表面，以实现与光电探测器更紧凑的集成。

当与适当的探测器阵列集成时，液晶元表面可用于分光光度成像而不牺牲空间分辨率。建议的液晶元表面可用于许多需要偏振和光谱测量的应用，如生物医学成像、遥感和光通信。这种策略也可以扩展到构建紧凑的系统，可以测量额外的光场信息，如目标场景的深度或入射光的波前。