La recherche est publiée dans Science .

"Cette recherche change la donne pour l'imagerie, " a déclaré Federico Capasso, le professeur Robert L. Wallace de physique appliquée et Vinton Hayes chercheur principal en génie électrique à SEAS et auteur principal de l'article. "La plupart des caméras ne peuvent généralement détecter que l'intensité et la couleur de la lumière mais ne peuvent pas voir la polarisation. Cette caméra est un nouvel œil sur la réalité, nous permettant de révéler comment la lumière est réfléchie et transmise par le monde qui nous entoure."

"La polarisation est une caractéristique de la lumière qui est modifiée lors de la réflexion sur une surface, " dit Paul Chevalier, stagiaire postdoctoral à SEAS et co-auteur de l'étude. « Sur la base de ce changement, la polarisation peut nous aider dans la reconstruction 3-D d'un objet, estimer sa profondeur, texture et forme, et distinguer les objets artificiels des objets naturels, même s'ils ont la même forme et la même couleur."

Pour déverrouiller ce puissant monde de polarisation, Capasso et son équipe ont exploité le potentiel des métasurfaces, structures nanométriques qui interagissent avec la lumière à des échelles de longueur d'onde.

"Si nous voulons mesurer l'état de polarisation totale de la lumière, nous devons prendre plusieurs photos dans différentes directions de polarisation, " dit Noah Rubin, premier auteur de l'article et étudiant diplômé au Capasso Lab. « Les appareils précédents utilisaient des pièces mobiles ou envoyaient de la lumière le long de plusieurs chemins pour acquérir les multiples images, résultant en une optique encombrante. Une nouvelle stratégie utilise des pixels de caméra spécialement conçus, mais cette approche ne mesure pas l'état de polarisation complet et nécessite un capteur d'imagerie non standard. Dans ce travail, nous avons pu prendre toutes les optiques nécessaires et les intégrer dans un seul, appareil simple avec une métasurface."

En utilisant une nouvelle compréhension de la façon dont la lumière polarisée interagit avec les objets, les chercheurs ont conçu une métasurface qui utilise un réseau de nanopiliers espacés sous la longueur d'onde pour diriger la lumière en fonction de sa polarisation. La lumière forme alors quatre images, chacun montrant un aspect différent de la polarisation. Pris ensemble, ceux-ci donnent un instantané complet de la polarisation à chaque pixel.

L'appareil mesure environ deux centimètres de long et n'est pas plus compliqué qu'un appareil photo sur un smartphone. Avec un objectif attaché et un étui de protection, l'appareil a à peu près la taille d'une petite boîte à lunch. Les chercheurs ont testé la caméra pour montrer des défauts dans des objets en plastique moulés par injection, l'a sorti pour filmer la polarisation des pare-brise des voitures et a même pris des selfies pour montrer comment une caméra de polarisation peut visualiser les contours 3D d'un visage.

« Cette technologie pourrait être intégrée aux systèmes d'imagerie existants, comme celui de votre téléphone portable ou de votre voiture, permettant l'adoption généralisée de l'imagerie de polarisation et de nouvelles applications jusqu'alors imprévues, " dit Rubin.

"Cette recherche ouvre une nouvelle direction passionnante pour la technologie des caméras avec une compacité sans précédent, nous permettant d'envisager des applications en sciences de l'atmosphère, télédétection, la reconnaissance faciale, vision industrielle et plus, " dit Capasso.