8月25日，记者从中国科学院西安光机所获悉：该所瞬态光学研究室刘红军研究员团队在超表面中红外成像领域取得重要进展，用“频率上转换”的方法成功实现弱中红外光探测成像。该成果有望让原本难以探测的中红外光被普通探测器“捕捉”到，为小型化、低成本的中红外探测技术的发展奠定基础。

中红外光在环境监测、生物医学、气体检测等领域发挥着关键作用，但人眼看不见，普通硅基探测器也无法探测到它。解决这一难题的一种常用方法叫“频率上转换”，即把中红外光“翻译”成近红外或可见光波段。这样，就能用小巧高效的普通探测器来看了。

然而，实现这一“翻译”过程通常需要比较强的激光，且有严格的相位匹配条件。近年来出现的“超表面”器件可以在很薄的平面上增强光与物质相互作用，但要在弱光、连续波条件下高效工作并且灵活调控波长很难。

该团队的突破解决了这一难点。他们利用了一种叫“薄膜铌酸锂”的材料制成超表面，提出了一种基于准导模调控的非线性频率上转换方法。

“我们设计的超表面厚度只有头发丝直径的百分之一，它芝麻粒大小的面积上集成了上万个纳米结构。通过‘准导模共振’效应，超表面可以先像收音机选台一样，只对特定波长的光产生强烈响应，把微弱的信号光能量不断收集起来；再像信号增幅塔一样，把这些能量集中到极小的薄膜区域内放大。这样一来，原本需要大功率强激光才能实现的‘频率上转换’，用普通弱光就能完成。”团队成员张淙阜介绍。

实验中，团队搭建了基于上述方法的成像系统，成功对波长4.33微米的弱中红外信号进行了成像，并且验证了该系统具有可调控中红外频率转换成像的能力。

该研究将超表面的调控能力拓展到了连续波非线性频率转换领域，未来有望用于气体检测、环境监测、生物医学成像和集成光子传感等领域。（记者 孙亚婷）