基于1064 nm连续波激光器与KTP晶体的非简并热光鬼成像系统，以可见光探测器获取红外波段图像信息

红外成像在工业检测、遥感探测、散射介质成像等领域具有重要价值，但红外探测器长期面临探测效率偏低、暗电流较大、成本较高等局限。可见光探测器技术成熟、探测效率高、成本可控，但无法直接响应红外波段。近期发表于《Optica》的一项研究提出了一种可行的解决方案：通过II类相位匹配的倍频过程，构建波长非简并的热光鬼成像系统，实现了"红外照明、可见光探测"的跨波长成像。

鬼成像是一种通过关联两束光场的强度涨落来重建物体图像的成像方式。在经典热光鬼成像中，两束关联光通常由同一束光分束获得，波长相同。本研究的目标是打破这一波长限制，构建一种波长间隔显著的非简并热光源，使物体臂工作在红外波段，参考臂工作在可见光波段，从而兼顾红外照明的优势与可见光探测的高效性。

研究团队提出的核心思路是：利用II类相位匹配的倍频过程，将红外热光的空间非相干性相干转移至可见光波段。具体而言，一束水平偏振的伪热光（1064 nm）与一束垂直偏振的泵浦光（1064 nm）在KTP晶体中发生倍频作用，产生532 nm可见光。由于热光双光子关联中的一个光子被上转换至可见光，另一个保持在红外波段，且两条路径不可区分，从而建立了跨波长关联通道。

实验装置中，1064 nm连续波激光器作为基频光源，经扩束和分束后分为两臂：一臂经半波片与空间光调制器（SLM）调制成横向相干长度可控的伪热光，另一臂保持泵浦偏振。两臂合并后共线进入KTP晶体产生532 nm可见光，再由二向色镜分为红外物臂（照射物体、单像素探测）与可见参考臂（CCD空间分辨探测）。研究团队利用SLM加载符合Kolmogorov统计的动态相位全息图，将1064 nm激光调制成伪热光。伪热光与泵浦光在KTP晶体中完成II类倍频，产生的可见光进入参考臂由高分辨率CCD采集，红外光进入物体臂照射镂空字符掩膜，由单像素方式探测；两臂信号经归一化二阶关联运算重建图像。

实验使用横向相干长度约50 µm的伪热光源，累计10,000帧同步测量，成功重建了红外照明下数字"1"至"6"的鬼成像图像。进一步实验表明，随着伪热光源横向相干长度在50至600 µm范围内增大，重建图像的对比度噪声比单调下降，说明光源的空间非相干性是此类关联成像有效重建图像的必要条件。

该工作建立了一条实现大波长间隔非简并热光鬼成像的实用路径，为"用可见光探测实现红外成像"提供了新的可能性，在遥感、工业检测和散射介质成像等场景中具有应用潜力。

实验中所用的基频光源为一台1064 nm连续波激光器（Cobolt Rumba），其输出在系统中承担双重功能：一方面为伪热光调制提供输入，经扩束和分束后照射SLM产生具有空间非相干性的1064 nm伪热光；另一方面作为泵浦光参与II类倍频过程，将红外光子相干地转换为532 nm可见光子，构成了跨波长关联通道的关键环节。

论文出处：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