科学家可以利用光的偏振来检测环境中的差异，偏振传感器在商业应用中也有很多应用。本文将探讨生物结构如何启发科学家创造和模仿自然界中发现的偏振传感器。

什么是偏振传感器

偏振传感器测量物体（人造或自然）发出的光的偏振差异，并将其与环境背景偏振进行比较。这些传感器能够对比不同的偏振特征，从而有效区分从热成像或视觉角度观察时可能不明显的特征。

偏振是一种自然现象，也是电磁波的基本属性。偏振最简单的形式是，当电磁场被视为传播的平面波时，其x方向和y方向之间的差异。当光以多种方式与物质相互作用时，偏振可以表现出来，包括反射、折射和散射。

偏振传感器主要应用于需要遥感的环境中，例如自动车辆导航、目标检测和监视、面部识别以及水上油检测。

仿生偏振传感器

如今，许多生产的偏振传感器都模仿了自然界中发现的偏振传感机制。本文，我们将探讨这些自然产生的传感器是如何启发科学家们创造人造类似传感器的。

螳螂虾

螳螂虾拥有动物界最先进的视觉系统之一，研究人员已充分利用其在人造系统中的潜力。螳螂虾的视觉系统具有高偏振灵敏度和高光谱成像能力。

研究人员直接模拟了螳螂虾的视觉系统，并将其转化为由纳米线偏振滤光片和垂直堆叠光电探测器组成的单芯片彩色偏振成像系统。这些系统不仅能够高灵敏度地检测偏振光的差异，而且还具有高分辨率和低功耗。总的来说，这些人造系统在各个方面都非常高效。

这些系统旨在同时记录颜色和偏振信息，并捕获包含 1280 x 720 像素、动态范围为 62 dB 的图像。此外，这些系统中的光电探测器每个像素可捕获三个不同的光谱通道。此类系统在整个可见光谱范围内的量子效率可超过 30%。当偏振系统被封装在合适的水下外壳设备中时，它还可用于拍摄海洋环境的实时图像。

偏光罗盘

许多动物，例如草原麻雀、北美帝王蝶、非洲蜣螂、蟋蟀和蝗虫，都拥有类似指南针的能力，能够在其周围环境中导航。这些动物之所以拥有这种能力，是因为它们能够从天光偏振模式中获取指南针信息。对于帝王蝶来说，偏振角度是确定方向的关键因素，而草原麻雀则在日落和日出时获得绝对方向，并以此作为其内部指南针的参考。

科学家们利用草原麻雀和帝王蝶中发现的原理，发明了轻巧紧凑的基于图像的偏振光罗盘。为了模仿天然罗盘，这些人造罗盘由电荷耦合器件 (CCD)、像素化偏振器阵列和广角镜头组成。

这些偏振系统使用瑞利散射模型测量天光偏振模式和方位。这些罗盘系统使用偏振传感器实时精确测量天光偏振模式，方位误差低至 0.15°。这些系统在阳光高度较低时工作效果更好，因此在太阳高度角较高时，误差可能会增加。平均而言，它们的误差相对较低，可有效用于户外自主导航应用。

• 

  FPA640x512_P15-C (Badger-C)

  型号：FPA640x512_P15-C (Badger-C)

  厂家：ANDANTA GmbH

  概述：近红外（0.9 - 1.7 μm）640x512 lnGaAs焦平面阵列

  查看详情