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(chǎng)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(shí)別以及紅外遙感等領(lǐng)域具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。
工作于紅外波段的圖像探測(cè)器普遍存在著靈敏度差、效率較低、價(jià)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(jià)格低的可見光波段圖像探測(cè)器是解決紅外圖像探測(cè)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(duì)圖像處理和探測(cè)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(chǎng)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(chǎng)的頻率上轉(zhuǎn)換探測(cè)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(cè)。同時(shí)，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(chǎng)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(chǎng)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。（來源：中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）
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