วงรีสเปกโตรสโกปีถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน สารกึ่งตัวนำ การประมวลผล เช่น การผลิตวงจรรวม แผงจอแบน และเซลล์แสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม เครื่องวัดวงรีสเปกโทรสโกปีแบบธรรมดา ดังแสดงในรูปที่ 1a โดยทั่วไปจะปรับสถานะโพลาไรเซชันผ่านการหมุนเชิงกลของเครื่องชดเชยหรือเครื่องวิเคราะห์ สำหรับการตรวจจับสเปกตรัม จำเป็นต้องมีการสแกนความยาวคลื่นหรือใช้สเปกโตรมิเตอร์แบบหลายช่องสัญญาณ ระบบผลลัพธ์มักจะเทอะทะ ซับซ้อน และต้องมีการวัดหลายครั้ง
ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ แสง: วิทยาศาสตร์และการประยุกต์ใช้ทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดยศาสตราจารย์ Yuanmu Yang จากมหาวิทยาลัย Tsinghua ประเทศจีน และเพื่อนร่วมงานได้เสนอและสาธิตการทดลองระบบที่ใช้อาร์เรย์ metasurface ขนาดกะทัดรัดสำหรับการวัดวงรีสเปกโทรสโกปีแบบนัดเดียว ดังแสดงในรูปที่ 1b
ระบบที่นำเสนอใช้อาร์เรย์ metasurface ที่ใช้ซิลิคอนเพื่อเข้ารหัสสเปกตรัมโพลาไรเซชันของ Stokes เต็มรูปแบบของแสงที่สะท้อนจากฟิล์มบาง ต่อจากนั้น ข้อมูลโพลาไรเซชันและสเปกตรัมจะถูกถอดรหัสตามสัญญาณความเข้มที่รวบรวมโดยเซ็นเซอร์ CMOS โดยใช้อัลกอริธึมการหาค่าเหมาะที่สุดแบบนูน
โดยสามารถสร้างสเปกตรัมโพลาไรเซชัน Stokes ทั้งหมดของฟิล์มบางได้ ซึ่งช่วยให้สามารถกำหนดความหนาของฟิล์มและดัชนีการหักเหของแสงเพิ่มเติมได้ วิธีการนี้ช่วยลดความยุ่งยากของระบบวงรีสเปกโทรสโกปีแบบเดิมๆ ลงอย่างมาก และช่วยให้สามารถวัดพารามิเตอร์ฟิล์มบางช็อตเดียวได้
แผนผังของเครื่องวัดวงรีสเปกโทรสโกปีแบบอาเรย์แบบ metasurface แสดงในรูปที่ 2a ส่วนการตรวจจับสเปกโตรโพลาไรเมตริกของเครื่องวัดวงรีประกอบด้วยอาร์เรย์ metasurface ที่รวมอยู่ในเซ็นเซอร์ CMOS เชิงพาณิชย์ ส่งผลให้ระบบมีขนาดเล็กมาก อาร์เรย์ metasurface ประกอบด้วยองค์ประกอบที่ได้รับการปรับปรุง 20 × 20 ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการตอบสนองแบบแอนไอโซทรอปิกและหลากหลายสเปกตรัม ทำให้มั่นใจได้ว่าการสร้างสเปกตรัมโพลาไรเซชันของ Stokes เต็มรูปแบบใหม่อย่างแม่นยำ
ในงานนี้ SiO ห้าตัว2 ฟิล์มบางที่มีความหนาตั้งแต่ 100 นาโนเมตรถึง 1000 นาโนเมตรวางอยู่บนพื้นผิวซิลิกอนถูกเลือกเป็นตัวอย่างสำหรับการทดสอบ ความหนาที่พอดีและการกระจายตัวของดัชนีการหักเหของแสงของฟิล์มบางที่ทดสอบนั้นตรงกับความเป็นจริงที่ได้จากเครื่องสเปกโทรสโกปิกรีเชิงพาณิชย์ โดยมีข้อผิดพลาดเพียง 2.16% และ 0.84% สำหรับการวัดความหนาและดัชนีการหักเหของแสง ตามลำดับ
ทีมวิจัยได้เสนอและทดลองสาธิตอาร์เรย์เมตาเซอร์เฟสสำหรับระบบวงรีสเปกโทรสโกปีแบบรวมช็อตเดียว ระบบนี้ช่วยให้ระบุความหนาของฟิล์มบางและดัชนีการหักเหของแสงได้อย่างแม่นยำผ่านการวัดเพียงครั้งเดียว โดยไม่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวทางกลหรือองค์ประกอบการปรับเฟสแบบไดนามิก
อาเรย์ metasurface ยังมีคำมั่นสัญญาสำหรับการถ่ายภาพสเปกโตรโพลาไรเมตริก ซึ่งอาจช่วยให้สามารถระบุลักษณะเฉพาะของฟิล์มบางเชิงพื้นที่ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันได้โดยไม่ทำลาย