高差别与高灵巧的中红外时域探伤与分析时候是透露超快动态经过与达成精密测量的紧要妙技，在而已红外大气遥感、深空解放空间通讯、单分子超快能源学等边界具有粗俗应用。但是，传统中红外探伤器件在灵巧度、反应速率和责任温度等性能方面仍有待进步，亟待发展室温条款下兼具高时候差别率与高探伤灵巧度的红外测控新法式。连年来，时域鬼成像时候受到粗俗关怀，其运用光场的时候关联特点，允许使用低速探伤器来重构高速时候信号，缩短了对探伤器反应带宽的淡漠要求。面前，时域鬼成像时候时常责任在可见光/近红外波段，亟待鼓动到更遍及的电磁波谱段，以知足更粗俗应用的需求。绝顶地，在中红外波段，除了枯竭高带宽与高灵巧的光探伤器件，在高速率与高保确凿光场调制时候方面也尚不熟习。迄今，单光子水平的中红外时域鬼成像尚无报说念，遑急需要发展高灵巧光子探伤时候与高精度时域编码时候。
据麦姆斯研究报说念，华东师范大学精密光谱科学与时候国度要点本质室黄坤研究员与曾和平素养团队在中红外单光子测控边界取得阐扬，提议了基于非线性波长变换的中红外单光子时域鬼成像时候（如图1），达成了高精度中红外单光子时域波形的精准重构，为量子光谱学、单分子物理与中红外通讯等边界提供有劲支握。
图1 中红外单光子计较时域鬼成像见解图
干系效果以“Mid-Infrared Single-Photon Computational Temporal Ghost Imaging”为题发表在Laser & Photonics Reviews期刊。华东师范大学为论文的第一完成单元，研究生张雯为第一作家，黄坤研究员和曾和平素养为共同通讯作家。
图2 Laser & Photonics Reviews刊发研究团队最新效果
黄坤研究员与曾和平素养研究团队提议了基于非线性波长变换的中红外时域鬼成像时候，运用非线性光学差频与和频经过，冲破了中红外波段高精度调制与高灵巧探伤的双重挑战，运用低带宽硅基探伤器达成了中红外高速波形的精准捕捉，展示了高出探伤器时候抖动的高精度中红外单光子波形重构。具体而言，研究东说念主员运用通讯波段高速强度调制器对近红外流畅光进行时域编码预调制，通过频率下调理经过将高速编码信息高保真革新至中红外波段，时域结构编码的差别率达到80 ps，对应分析带宽为12.5 GHz，远朝上现有商售中红外探伤器的反应带宽。随后，迪士尼彩乐园3手机版佩戴编码图案的中红外信号通过待测时域宗旨，调制后的中红外编码脉冲序列由低带宽探伤器进行强度积分网罗。本质继承哈达玛编码序列，并网罗了相应积分强度值。尽管时域“桶探伤器”不具备时候差别才智，但通过已知光场调制信息与信号探伤终端的关联运算，不错归附出时域宗旨信息，达成中红外时域计较鬼成像。
图3 中红外单光子计较时域鬼成像装配图
为了冲破现有中红外探伤器灵巧度不及的瓶颈，研究者继承基于外腔泵浦增强的频率上调理探伤时候，将中红外时域调制信号高效低噪地调理至可见光波段，继而充分运用高性能硅基单光子探伤器。本质中，中红外编码脉冲序列的光强被衰减至0.1光子/比特，通过单光子探伤器对扫数码图时候窗口内光子数的积聚，还是不错精准重构出高信噪比中红外宗旨时域波形，初度展示了单光子照度下计较时域鬼成像。值得堤防的是，该时候冲破了传统单光子关联探伤架构中的时候差别精度，不错取得高出单光子探伤器时候抖动的差别率。此外，集合压缩感知算法，可在欠采样条款下将数据网罗时候压缩90%以上，大幅进步弱光场景下的分析效劳。
图4 中红外单光子计较时域鬼成像本质终端。(a) 高差别中红外单光子时域波形；(b) 基于压缩感知算法的欠采样波形重构。
这项研究通过非线性波长变换与计较时域鬼成像的集合，初度达成了单光子灵巧度的中红外时域高速波形重构，冲破传统探伤器带宽与时候抖动的放置，为超快能源学探伤与深空通讯提供了室温高精度测控新法式。将来，该中红外单光子时域分析系统不错借助更高速近红外调制器件进步时候差别率，进一步集合超短光学脉冲波形调控时候，有望达成飞秒量级的超高时域差别精度，为中红外甚而更长波段单光子时域波形表征提供有劲支握。
连年来，研究团队在红外单光子非线性测控方面开展了系列立异研究，达成了中红外非线性傅里叶叠层成像[Optica 11, 1716 (2024)]，构建了低阈值中红外光纤参量摇荡器 [Photon. Res. 12, 2123 (2024)]迪士尼彩乐园总代理，达成了超灵巧中红外单光子探伤 [Adv. Photon. Nexus 3, 046002 (2024), Photonics Res. 12, 1294 (2024)]，发展了宽波段中红外单像素光谱时候 [Laser Photon. Rev. 18, 2301272 (2024), Laser Photon. Rev. 18, 2401099 (2024)]，并展示了高帧频中红外高光谱成像 [Nat. Comm. 15, 1811 (2024]。干系责任得到了科技部、基金委、上海市科委、重庆市科技局与华东师范大学的资助。
