科技日报记者 雍黎
3月8日，记者从入驻重庆两江协同创新区的华东师范大学重庆研究院（下称“研究院”）获悉，该院在红外灵敏成像领域提出了基于啁啾极化晶体的上转换广角成像新方法，实现了宽视场、超灵敏、高帧频的中红外光子成像，这是当前国际上最高速、最灵敏的中红外成像系统之一，相关成果近日在线发表于国际权威性期刊《自然通讯》上。
此项研究成果由研究院院长曾和平教授与黄坤研究员联合主持攻关，院内多部门协同合作，其中方迦南博士生、闫明研究员与武愕教授在数据处理与分析方面给予了重要支持。据了解，中红外探测与成像在天文观测、空间遥感、生物医学、材料检测等众多领域都有重要应用，而实现单光子量子极限的超灵敏中红外测控仍颇具挑战。近年来，红外上转换探测技术备受关注，其结合高保真光子频率变换与高性能硅基探测器件，为红外单光子探测与成像提供了一条可行之道。然而，现存上转换探测方案受相位匹配限制，信号接收角较小，难以实现宽视场成像，是当前阻碍该技术向更广泛应用推进的最主要瓶颈之一。
为此，研究院课题组提出了基于啁啾准相位匹配的上转换广角成像技术，利用啁啾极化铌酸锂晶体实现了不同角度入射信号的自适应相位匹配，获得的接收角较传统方案提升了至少提高了十倍，解决了长期以来上转换成像技术面临的视场范围受限的瓶颈。
同时，该团队结合同步脉冲泵浦技术与窄带高效滤波技术有效压制背景噪声，获得了单光子水平极低照度下的超灵敏中红外大视场成像。更进一步，研究人员利用该中红外成像系统实现了校园卡内部结构的实时扫描检测，清晰识别了卡片芯片与金属线圈，该成像技术有望应用于半导体芯片检测、材料无损探伤等领域。
利用中红外上转换成像系统扫描校园卡内部结构，内嵌的芯片与线圈清晰可见。受访者供图
值得一提的是，上述上转换广角成像技术通过单次采集即可实现大视场成像，规避了传统方案对机械扫描、参数调节或数据后处理的依赖，显著提升了成像速率。此外，该系统还具有高精度三维成像能力，结合高灵敏、高分辨、高帧频的优点，所形成的大视场成像技术有望发展出超灵敏中红外时间分辨光谱成像分析仪，可为高通量生物与材料多维（空间-时间-光谱）复合检测提供新工具。
