基于1064 nm連續波激光器與KTP晶體的非簡并熱光鬼成像系統，以可見光探測器獲取紅外波段圖像信息

紅外成像在工業檢測、遙感探測、散射介質成像等領域具有重要價值，但紅外探測器長期面臨探測效率偏低、暗電流較大、成本較高等局限。可見光探測器技術成熟、探測效率高、成本可控，但無法直接響應紅外波段。近期發表于《Optica》的一項研究提出了一種可行的解決方案：通過II類相位匹配的倍頻過程，構建波長非簡并的熱光鬼成像系統，實現了"紅外照明、可見光探測"的跨波長成像。

鬼成像是一種通過關聯兩束光場的強度漲落來重建物體圖像的成像方式。在經典熱光鬼成像中，兩束關聯光通常由同一束光分束獲得，波長相同。本研究的目標是打破這一波長限制，構建一種波長間隔顯著的非簡并熱光源，使物體臂工作在紅外波段，參考臂工作在可見光波段，從而兼顧紅外照明的優勢與可見光探測的高效性。

研究團隊提出的核心思路是：利用II類相位匹配的倍頻過程，將紅外熱光的空間非相干性相干轉移至可見光波段。具體而言，一束水平偏振的偽熱光（1064 nm）與一束垂直偏振的泵浦光（1064 nm）在KTP晶體中發生倍頻作用，產生532 nm可見光。由于熱光雙光子關聯中的一個光子被上轉換至可見光，另一個保持在紅外波段，且兩條路徑不可區分，從而建立了跨波長關聯通道。

實驗裝置中，1064 nm連續波激光器作為基頻光源，經擴束和分束后分為兩臂：一臂經半波片與空間光調制器（SLM）調制成橫向相干長度可控的偽熱光，另一臂保持泵浦偏振。兩臂合并后共線進入KTP晶體產生532 nm可見光，再由二向色鏡分為紅外物臂（照射物體、單像素探測）與可見參考臂（CCD空間分辨探測）。研究團隊利用SLM加載符合Kolmogorov統計的動態相位全息圖，將1064 nm激光調制成偽熱光。偽熱光與泵浦光在KTP晶體中完成II類倍頻，產生的可見光進入參考臂由高分辨率CCD采集，紅外光進入物體臂照射鏤空字符掩膜，由單像素方式探測；兩臂信號經歸一化二階關聯運算重建圖像。

實驗使用橫向相干長度約50 µm的偽熱光源，累計10,000幀同步測量，成功重建了紅外照明下數字"1"至"6"的鬼成像圖像。進一步實驗表明，隨著偽熱光源橫向相干長度在50至600 µm范圍內增大，重建圖像的對比度噪聲比單調下降，說明光源的空間非相干性是此類關聯成像有效重建圖像的必要條件。

該工作建立了一條實現大波長間隔非簡并熱光鬼成像的實用路徑，為"用可見光探測實現紅外成像"提供了新的可能性，在遙感、工業檢測和散射介質成像等場景中具有應用潛力。

實驗中所用的基頻光源為一臺1064 nm連續波激光器（Cobolt Rumba），其輸出在系統中承擔雙重功能：一方面為偽熱光調制提供輸入，經擴束和分束后照射SLM產生具有空間非相干性的1064 nm偽熱光；另一方面作為泵浦光參與II類倍頻過程，將紅外光子相干地轉換為532 nm可見光子，構成了跨波長關聯通道的關鍵環節。

論文出處：W. Shu, Z. Chen, W. Zhang, R. Boyd, and L. Chen, "Seeing infrared objects with a wavelength non-degenerate thermal light source," Optica, Vol. 13, No. 7, pp. 1205–1211 (2026). DOI: 10.1364/OPTICA.595564