中國科學技術大學郭光燦院士團隊在紅外上轉換成像研究中取得新進展：該團隊史保森教授、周志遠副教授等人結合螺旋相襯技術，利用準相位匹配和頻過程實現(xiàn)了紅外圖像到可見圖像的上轉換邊緣增強成像，并且通過調控相位匹配實現(xiàn)了圖像的視場增強。該項研究成果2019年4月4日發(fā)表在應用物理權威期刊《Physical Review Applied》[Phys. Rev. Appl.11,044013（2019）]上。該項技術在生物成像、模式識別以及紅外遙感等領域具有重要的潛在應用價值。
工作于紅外波段的圖像探測器普遍存在著靈敏度差、效率較低、價格昂貴等缺點。通過頻率上轉換的方法將紅外圖像信息轉換到可見光波段，然后采用性能優(yōu)、價格低的可見光波段圖像探測器是解決紅外圖像探測的一種行之有效的方法。相襯增強成像技術是一種重要的圖像處理技術，將螺旋相襯邊緣增強技術與非線性和頻過程相結合來實現(xiàn)紅外圖像信息的上轉換邊緣增強，對圖像處理和探測具有重要的意義。史保森、周志遠等長期從事結構光場的非線性頻率轉換相關研究，先后研究了渦旋光束的倍頻、和頻過程中的傳輸、演化和守恒特性 [Opt. Express 22, 20198(2014); JOSAB 32, 407(2015); Sci Rep. 4, 5650(2014)]，并且發(fā)展了單光子結構光場的頻率上轉換探測技術[Light: Sci.& Appl. 5, e16019(2016); Phys. Rev. Lett. 117, 103601(2016)]。他們通過在上轉換成像過程引入渦旋泵浦光，利用準相位匹配PPKTP晶體作為螺旋濾波和頻率上轉換介質，成功實現(xiàn)了紅外光照射下物體邊緣增強的上轉換探測。同時，通過調控非線性過程中的相位匹配，實現(xiàn)了最高2.1倍的視場增強。實驗結果與求解非線性耦合波方程數值模擬的結果很好地吻合。
圖1. 上轉換邊緣增強成像原理圖
圖2. 上轉換邊緣增強成像和視場增強實驗結果
論文第一作者為博士研究生劉世凱。通信作者為史保森教授、周志遠副教授。該工作得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和安徽省的資助。（來源：中科院量子信息重點實驗室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）