研究目的
为飞秒中红外上转换成像建立理论模型，并证明其在实现大视场高分辨率成像中的应用。
研究成果
开发的飞秒上转换成像理论模型与实验观测结果高度吻合，能够计算短脉冲上转换系统的关键参数。该系统展现出显著增强的角度和光谱接收带宽，从而具备大视场和高分辨率成像能力。
研究不足
先前工作中建立的理论模型由于未考虑群速度失配（GVM）导致的晶体中相互作用长度缩短，在约1皮秒以下的短脉冲状态下不适用。
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[2019年IEEE欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 中红外飞秒上转换系统的理论建模与实验验证
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DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873048
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
中红外（mid-IR）成像与光谱技术近年来发展迅速，主要得益于其在生物医学成像、化学传感和癌症诊断等多领域的广泛应用[1]。大多数复杂化学物质在中红外波段具有独特的光谱特征，可通过其吸收特性实现明确识别。由于传统中红外探测器存在局限性，利用二阶非线性晶体的和频生成（SFG）技术可将中红外信号转换至可见光/近红外波段，从而通过硅基探测器轻松检测。超短脉冲上转换技术尤其适用于开展泵浦-探测实验及研究化学物质/分子的快速弛豫动力学[2]。
本研究首次报道了基于4f成像系统傅里叶平面的SFG飞秒中红外上转换成像技术。文献[3]提出的理论在短脉冲范畴（约1皮秒以下）并不适用——该理论未考虑群速度失配（GVM）导致的晶体相互作用长度缩短（脉冲间时间走离效应）。我们建立了考虑飞秒脉冲宽光谱特性及GVM相关相互作用长度缩减的理论模型，可计算短脉冲上转换成像系统的关键参数。研究发现：由于相互作用长度急剧减小，短脉冲模式下中红外信号的角向与光谱接收带宽显著提升，从而形成如图1(a)所示的超大上转换成像视场（FoV）。通过用中红外信号照射USAF分辨率靶并检测上转换信号，我们实验研究了系统分辨率。图1(b)展示的上转换图像示例显示，系统实现了14.2线对/毫米的分辨率。
作者：
A. S. Ashik，Callum F. O’Donnell，S. Chaitanya Kumar，M. Ebrahim-Zadeh，Peter Tidemand-Lichtenberg，Christian Pedersen
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