摘要：中红外光子灵敏探测与光场精密调控一直以来都颇具挑战。研究者利用多维光场调控的频率上转换成像技术，首次将螺旋相衬技术推进到中红外波段，率先实现单光子中红外边缘成像。该技术可以同时实现高效率波长变换与高保真相位制备，规避了传统中红外探测与调控器件的不足，通过硅基相机即可获得高灵敏的中红外边缘增强成像。
关键词：边缘增强、红外成像、频率上转换、单光子探测
边缘增强探测通过对物体轮廓识别，能够有效实现目标检测，在机器视觉与智能识别等领域具有重要应用，而螺旋相衬技术为实现边缘增强成像提供了一种有效途径。随着红外分子光谱、军事红外监测、无标记生物成像以及环境气体遥感等方面的迫切应用需求，将边缘增强成像的工作波长扩展到中红外波段显得尤为重要。
华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授、黄坤研究员及合作者基于中红外非线性频率上转换成像系统，首次实现了超灵敏的中红外边缘增强成像，其有机结合了螺旋相衬技术与频率上转换成像技术，将红外光场相干转换至可见光波段，并通过时频域精密控制的同步脉冲泵浦技术，显著提高了转换效率，降低了背景噪声。实验中，该团队利用高灵敏硅基电子倍增CCD (EMCCD)相机，在0.5光子/脉冲的极低照度下实现了单光子水平的中红外二维成像。进一步地，通过在非线性混频过程中引入携带涡旋相位的泵浦光场，可以将螺旋相位高保真加载到中红外傅里叶空间频谱成分上，从而实现超灵敏中红外边缘增强成像。
该项成果为室温条件下中红外超灵敏成像提供了一条可行之道，同时有望解决宽带红外光场中相位精密调控的技术难题，在半导体缺陷检测、红外天文观测、微光图像识别、以及深度组织成像等领域具有重要的潜在价值。相关论文在线发表在Laser & Photonics Reviews上。
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