紅外上轉(zhuǎn)換成像研究獲新進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)圖像的視場增強(qiáng)

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在紅外上轉(zhuǎn)換成像研究中取得新進(jìn)展：該團(tuán)隊(duì)史保森教授、周志遠(yuǎn)副教授等人結(jié)合螺旋相襯技術(shù)，利用準(zhǔn)相位匹配和頻過程實(shí)現(xiàn)了紅外圖像到可見圖像的上轉(zhuǎn)換邊緣增強(qiáng)成像，并且通過調(diào)控相位匹配實(shí)現(xiàn)了圖像的視場增強(qiáng)。該項(xiàng)研究成果2019年4月4日發(fā)表在應(yīng)用物理權(quán)威期刊《Physical Review Applied》[Phys. Rev. Appl.11,044013(2019)]上。該項(xiàng)技術(shù)在生物成像、模式識別以及紅外遙感等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)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(diǎn)。通過頻率上轉(zhuǎn)換的方法將紅外圖像信息轉(zhuǎn)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(qiáng)成像技術(shù)是一種重要的圖像處理技術(shù)，將螺旋相襯邊緣增強(qiáng)技術(shù)與非線性和頻過程相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)紅外圖像信息的上轉(zhuǎn)換邊緣增強(qiáng)，對圖像處理和探測具有重要的意義。史保森、周志遠(yuǎn)等長期從事結(jié)構(gòu)光場的非線性頻率轉(zhuǎn)換相關(guān)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(jié)構(gòu)光場的頻率上轉(zhuǎn)換探測技術(shù)[Light: Sci.& Appl. 5, e16019(2016); Phys. Rev. Lett. 117, 103601(2016)]。他們通過在上轉(zhuǎn)換成像過程引入渦旋泵浦光，利用準(zhǔn)相位匹配PPKTP晶體作為螺旋濾波和頻率上轉(zhuǎn)換介質(zhì)，成功實(shí)現(xiàn)了紅外光照射下物體邊緣增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換探測。同時，通過調(diào)控非線性過程中的相位匹配，實(shí)現(xiàn)了最高2.1倍的視場增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與求解非線性耦合波方程數(shù)值模擬的結(jié)果很好地吻合。

　　圖1. 上轉(zhuǎn)換邊緣增強(qiáng)成像原理圖

　　圖2. 上轉(zhuǎn)換邊緣增強(qiáng)成像和視場增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yuǎn)副教授。該工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和安徽省的資助。