摘要：中紅外光子靈敏探測與光場精密調(diào)控一直以來都頗具挑戰(zhàn)。研究者利用多維光場調(diào)控的頻率上轉(zhuǎn)換成像技術(shù)，首次將螺旋相襯技術(shù)推進(jìn)到中紅外波段，率先實現(xiàn)單光子中紅外邊緣成像。該技術(shù)可以同時實現(xiàn)高效率波長變換與高保真相位制備，規(guī)避了傳統(tǒng)中紅外探測與調(diào)控器件的不足，通過硅基相機(jī)即可獲得高靈敏的中紅外邊緣增強(qiáng)成像。

邊緣增強(qiáng)探測通過對物體輪廓識別，能夠有效實現(xiàn)目標(biāo)檢測，在機(jī)器視覺與智能識別等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，而螺旋相襯技術(shù)為實現(xiàn)邊緣增強(qiáng)成像提供了一種有效途徑。隨著紅外分子光譜、軍事紅外監(jiān)測、無標(biāo)記生物成像以及環(huán)境氣體遙感等方面的迫切應(yīng)用需求，將邊緣增強(qiáng)成像的工作波長擴(kuò)展到中紅外波段顯得尤為重要。

華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實驗室曾和平教授、黃坤研究員及合作者基于中紅外非線性頻率上轉(zhuǎn)換成像系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了超靈敏的中紅外邊緣增強(qiáng)成像，其有機(jī)結(jié)合了螺旋相襯技術(shù)與頻率上轉(zhuǎn)換成像技術(shù)，將紅外光場相干轉(zhuǎn)換至可見光波段，并通過時頻域精密控制的同步脈沖泵浦技術(shù)，顯著提高了轉(zhuǎn)換效率，降低了背景噪聲。實驗中，該團(tuán)隊利用高靈敏硅基電子倍增CCD (EMCCD)相機(jī)，在0.5光子/脈沖的極低照度下實現(xiàn)了單光子水平的中紅外二維成像。進(jìn)一步地，通過在非線性混頻過程中引入攜帶渦旋相位的泵浦光場，可以將螺旋相位高保真加載到中紅外傅里葉空間頻譜成分上，從而實現(xiàn)超靈敏中紅外邊緣增強(qiáng)成像。

該項成果為室溫條件下中紅外超靈敏成像提供了一條可行之道，同時有望解決寬帶紅外光場中相位精密調(diào)控的技術(shù)難題，在半導(dǎo)體缺陷檢測、紅外天文觀測、微光圖像識別、以及深度組織成像等領(lǐng)域具有重要的潛在價值。相關(guān)論文在線發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上。

來源：https://mp.weixin.qq.com/s/y2hnrjL--kM2G9TsASSV3Q