西安光机所在超表面中红外上转换成像天地取得重要进展

中新网西安8月25日电 (记者 阿琳娜)记者25日从西安光机所获悉，西安该所瞬态光学研究室刘红军研究员团队在超表面中红外非线性效率上转换成像天地取得重要进展，光机将非局域超表面的所超调控能力拓展至连续波非线性效率转换天地，不仅为小型化、表面低成本、中红转换重进展高灵敏度的外上中红外探测技术提供了新的技术路径，更凭借该技术的成像片上集成潜力，在气体检测、天地环境监测、西安生物医学成像等场景展现出广阔的光机应用前景。超表面效率上转换成像结果。所超西安光机所供图据介绍，表面中红外波段作为重要的中红转换重进展大气透射窗口，在生物医学与环境监测等天地发挥着关键作用。外上非线性效率上转换技术可将未便直接高灵敏探测的成像中红外信号光转换到近红外或可见光波段，依托体积小、量子效率高的硅基探测器实现高性能探测，是当前中红外探测天地的核心技术路线之一。与传统非线性光学器件相比，非线性超表面可在亚波长尺度显著增强光与物质相互作用，从而突破严格的相位匹配条件限制。近年来，尽管高品质因子非局域超表面已被应用于增强非线性效应，却未便在低阈值、弱光条件下实现快捷连续波效率上转换，同时兼顾灵活的光谱调控能力，这直接限制了高性能超表面中红外探测技术的实用化进程。针对上述问题，研究团队以薄膜铌酸锂为非线性光学平台，提出了一种基于准导模调控的非线性效率上转换方法。该方法通过布里渊区折叠引入准导模共振，在宽波矢范围内构建稳定的高品质因子共振模式；进一步利用准导模与导模共振之间的强耦合效应，拓展了单一导模共振体系中的模式匹配范围，使不同共振模式均能够有效增强非线性效应。结合宽波矢范围内的共振调控能力，该方法显著扩大了效率转换的调谐范围，实现了转换效率与光谱调谐性的同步提升。基于上述方法，研究团队搭建了薄膜铌酸锂中红外效率上转换成像系统。实验中成功实现了低光强连续波4.33μm中红外信号的和频上转换成像。通过调节近红外泵浦波长，团队印证了泵浦侧共振调控能力及其对非线性转换过程的影响，结合色散分析进一步证明了宽带可调谐中红外效率转换成像的应用潜力。西安光机所博士研究生张淙阜介绍：“非线性超表面厚度仅有头发丝直径的百分之一，芝麻粒大小的面积上集成了上万个纳米结构。我们利用准导模共振效应，先像收音机选台一样，让结构只接收特定波长的光，把弱光能量不断收集起来；再像信号增幅塔一样，把这些能量汇集到极小的薄膜内，把光的作用放大。这样一来，原本要求大功率强激光才能实现的效率转换，现在用普通弱光就能完成。这为中红外弱光探测、无创生物成像等小型化设备应用解决了一大困难。”(完)【编辑:何颖】