本研究由南昌大学于天宝教授团队，首次提出基于超表面衍射光学网络（DON）的集成光谱偏振仪，利用超表面对波长与偏振的协同相位调制，将光谱与偏振信息编码为空间光强分布，通过联合优化的深度学习网络解码，实现单次曝光同步高精度重构光谱与全斯托克斯参数，并成功研制芯片集成式传感器原型。该器件无机械扫描、无分立元件，实现紧凑型片上多维光传感，在生物医学诊断、工业计量与通用光传感领域具备重要应用价值。
传统光谱与偏振测量系统依赖 bulky 分立光学元件，需分步测量，难以实现小型化集成与动态场景下的快速多维光信息获取。超表面虽可实现偏振调控或光谱编码，但大多功能单一，难以在单一器件中融合光谱解析与全偏振测量，且存在编码复杂、重构算法繁琐等问题。衍射光学网络将多层超表面与机器学习端到端联合优化，为高维光信息并行处理提供新路径，但尚未应用于光谱 - 偏振一体化集成探测。
研究构建的光谱偏振仪由光学编码端与电子解码端构成：光学编码为单层 / 双层级联超表面，采用硅纳米砖基元，通过传输相位与几何相位解耦调控左旋 / 右旋圆偏振光的波前，将入射光的光谱分布与偏振态转化为传感器面的特征空间光强分布；电子解码为带残差块的卷积神经网络，与超表面物理参数联合反向传播优化，最小化光谱保真度与偏振精度的混合损失函数，实现从单帧光强图中同步解算光谱曲线与全斯托克斯参数。该设计将物理光场调控与数据驱动解码深度融合，提升系统抗噪声与抗加工误差能力。
超表面单元为二氧化硅衬底上的硅纳米砖，周期 600 nm，通过宽度、长度与旋转角实现 0~2π 全相位覆盖与偏振依赖调制。实验在近红外 1100~1600 nm 波段验证：离散窄带光谱重构平均绝对误差（MAE）低至 0.004，宽带光谱重构 MAE 为 0.031，可分辨 6 nm 的双谱峰；全庞加莱球偏振态重构的斯托克斯参数平均 MAE 为 0.016，实现高精度偏振测量。成像实验中，不同波长 - 偏振编码的数字图案可被清晰重构，图像均方误差低至 0.004，验证系统的多维成像能力。
团队进一步研制芯片集成式原型，将超表面编码器直接键合在商用 CMOS 图像传感器上，封装尺寸达厘米级，工作波段扩展至可见光 450~650 nm。该集成器件窄带光谱重构 MAE=0.007，宽带 MAE=0.027，可分辨 4 nm 谱峰，偏振重构 MAE=0.039，在大幅简化系统的同时保持优异性能，实现从分立光学原型到芯片化实用器件的跨越。
