摘要：中紅外光子靈敏探測與光場精密調控一直以來都頗具挑戰。研究者利用多維光場調控的頻率上轉換成像技術，首次將螺旋相襯技術推進到中紅外波段，率先實現單光子中紅外邊緣成像。該技術可以同時實現高效率波長變換與高保真相位制備，規避了傳統中紅外探測與調控器件的不足，通過硅基相機即可獲得高靈敏的中紅外邊緣增強成像。

邊緣增強探測通過對物體輪廓識別，能夠有效實現目標檢測，在機器視覺與智能識別等領域具有重要應用，而螺旋相襯技術為實現邊緣增強成像提供了一種有效途徑。隨著紅外分子光譜、軍事紅外監測、無標記生物成像以及環境氣體遙感等方面的迫切應用需求，將邊緣增強成像的工作波長擴展到中紅外波段顯得尤為重要。

華東師范大學精密光譜科學與技術國家重點實驗室曾和平教授、黃坤研究員及合作者基于中紅外非線性頻率上轉換成像系統，首次實現了超靈敏的中紅外邊緣增強成像，其有機結合了螺旋相襯技術與頻率上轉換成像技術，將紅外光場相干轉換至可見光波段，并通過時頻域精密控制的同步脈沖泵浦技術，顯著提高了轉換效率，降低了背景噪聲。實驗中，該團隊利用高靈敏硅基電子倍增CCD (EMCCD)相機，在0.5光子/脈沖的極低照度下實現了單光子水平的中紅外二維成像。進一步地，通過在非線性混頻過程中引入攜帶渦旋相位的泵浦光場，可以將螺旋相位高保真加載到中紅外傅里葉空間頻譜成分上，從而實現超靈敏中紅外邊緣增強成像。

該項成果為室溫條件下中紅外超靈敏成像提供了一條可行之道，同時有望解決寬帶紅外光場中相位精密調控的技術難題，在半導體缺陷檢測、紅外天文觀測、微光圖像識別、以及深度組織成像等領域具有重要的潛在價值。相關論文在線發表在Laser & Photonics Reviews上。

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