Single-shot coherent process tomography and mid-infrared polarimetry with undetected photons
Humboldt-Universität zu Berlin(柏林洪堡大学);University of Science and Technology of China(中国科学技术大学);Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik(费迪南德·布劳恩研究所,莱布尼茨高频技术研究所)
提出折叠非线性干涉仪方案,利用频率复用实现单帧未探测光子相干过程层析,重建全部琼斯参数,并实现中红外偏振测量与偏振敏感OCT。
2026-09-28 physics.optics quant-ph
Eliminating Thermal IR Background Noise by Imaging with Undetected Photons
针对中红外成像受室温热背景干扰的问题,本文证明利用纠缠光子对量子关联的“使用未探测光子成像”(IUP)技术能免疫热背景,实现用廉价快速的非制冷可见光探测器进行中红外高速光子计数测量。
2023-03-14 physics.optics quant-ph
Remote Infrared Absorption Spectroscopy with Undetected Photons
Université Marie et Louis Pasteur, CNRS, institut FEMTO-ST(玛丽和路易·巴斯德大学,法国国家科学研究中心,FEMTO-ST研究所);Group of Applied Physics, University of Geneva(日内瓦大学应用物理组)
研究利用未检测光子实现远程红外吸收光谱法,通过检测近红外辐射重建中红外光谱,借助光子对与泵浦激光共传播,在室外大气中达43.4米传输距离,检测到丁烷和甲烷,首次用于大气测量。
2026-08-18 physics.optics quant-ph
Polymer identification via undetected photons using a low footprint nonlinear interferometer
Humboldt-Universität zu Berlin(柏林洪堡大学);University of Glasgow(格拉斯哥大学);Ferdinand-Braun-Institut (FBH)(费迪南德·布劳恩研究所)
本文提出一种紧凑型非线性干涉仪,利用近红外信号光子获取中红外吸收光谱,实现塑料快速准确识别,无需中红外技术。
2026-03-23 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Quantum holography with undetected light
全息术利用光场的干涉来获得光场波前的系统重建。经典的全息技术已经在不同的领域,如显微镜,制造技术和基础科学非常成功。将全息方法扩展到单光子的水平已经被证明是具有挑战性的,因为将经典全息技术应用于这一领域带来了技术问题。最近的检索一个单光子的空间结构,使用另一个光子在实验控制下,具有良好的表征空间形状作为参考,被证明使用本征非经典的Hong-Ou-Mandel干涉分束器。在这里,我们提出了一种方法,用于记录单光子的全息图,而不检测光子本身,重要的是,不需要使用一个良好的特征的同伴参考光子。我们的方法是基于非线性干涉仪中的双光子概率振幅之间的量子干涉。与经典全息术一样,单个光子的全息图允许检索关于光子的“形状”(振幅和相位)的完整信息,尽管光子从未被检测到。
2022-04-29 physics.optics quant-ph
Fourier-transform infrared spectroscopy with undetected photons from high-gain spontaneous parametric down-conversion
本研究开发了一种高参量增益SU(1,1)干涉仪,用于未探测中红外光子的傅里叶变换红外光谱学,实现了高输出光子数、低样品光子数和高干涉对比度,并测量了3-μm波段的聚合物吸收光谱。
2024-03-08 physics.optics quant-ph
Application of scanning mid-IR-laser microscopy for characterization of semiconductor materials for photovoltaics
扫描中红外激光显微镜以前被证明是表征不同半导体晶体的有效工具。现在,该技术已成功地应用于研究CZ SixGe 1-x --一种有前途的光致发光材料--和太阳能电池用多晶硅。此外,这种技术被证明是适当的成像抛光引起的缺陷,以及这样的巨大的缺陷,如“针孔”。此外,以前无法解释的“异常”(立方功率)的依赖性的信号的扫描中红外激光显微镜在光束诱导的光散射模式上获得的机械抛光样品的光激发功率现在已被归因于过剩的载流子散射带电的线性缺陷,可能位错线。本文的结论是,扫描中红外激光显微镜可作为现代光化学材料缺陷研究的一种非常有效的工具。
2010-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Elastic Mid-Infrared Light Scattering: a Basis for Microscopy of Large-Scale Electrically Active Defects in Semiconducting Materials
本文提出了一种中红外激光显微术的方法,用于研究半导体中的大尺度电学和复合活性缺陷,以及在微电子和光电子工业中对半导体材料和结构进行无损检测。这一发展的基础是奠定了广泛的研究周期的低角度中红外光散射在半导体。技术思想的本质是应用暗场方法对扫描中红外激光显微镜中的散射光进行空间滤波。这种方法使大规模的电活性缺陷,这是富含电离的电活性中心的区域的可视化。位于探针中红外激光束中的小体积内的过量载流子的光激发使得能够可视化大规模的复合活性缺陷,如在光学或电子束感应电流方法中揭示的那些。这两种方法的扫描中红外激光显微镜,现在详细介绍在本文件中,以及在标准方法的低角度中红外光散射本身的技术总结。除了直接观察的技术外,本文还讨论了与中红外激光显微镜相关的缺陷成分分析方法。
2010-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fluorescence-Enhanced Mid-Infrared Photothermal Microscopy
中红外光热显微技术是一种利用可见光感应脉冲红外激光诱导的光热效应的新型化学成像技术。该技术提供亚微米空间分辨率的红外光谱信息,并实现活细胞和生物体的红外光谱和成像。然而,目前的中红外光热成像灵敏度受到散射对温度的弱依赖性的影响,并且图像质量容易受到散射引起的散斑的影响。在这里,我们提出了一种新版本的中红外光热显微镜,其中利用热敏荧光探针来感测中红外光热效应。荧光强度可以在每开尔文1%的水平上调制,这是散射强度调制的100倍。此外,荧光发射没有斑点,因此大大提高了图像质量。此外,荧光团可以靶向特定的细胞器或生物分子,从而增强光热成像的特异性。光谱保真度通过对单个细菌进行指纹识别来确认。最后,光漂白的问题是成功地解决了通过开发一个宽视场的荧光增强的中红外光热显微镜,它允许视频速率键选择性成像的生物标本。
2021-04-06 physics.optics q-bio.BM
Clinical Feasibility of Label-Free Digital Staining Using Mid-Infrared Microscopy at Subcellular Resolution
ADMIR;Cypath-RB
本文提出了一种结合明场显微镜与无透镜近红外成像扫描仪的双模成像平台,利用深度学习实现无标记亚细胞分辨率的近红外染色技术。
2026-01-23 eess.IV physics.bio-ph physics.optics
Optical beam-induced scattering mode of mid-IR laser microscopy: a method for defect investigation in near-surface and near-interface regions of bulk semiconductors
本文提出了一种新的中红外激光光束诱导散射技术,它是近年来发展起来的中红外激光扫描显微术的一种特殊模式。该技术在其目前的形式是专为调查大规模的复合活性缺陷在近表面和近界面区域的半导体晶片。然而,它可以很容易地修改为晶体中的缺陷调查。在许多方面类似于EBIC,本技术具有一些无可争议的优势,这使得其应用于非破坏性的实验室调查和质量监测的行业。
2011-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mid-Infrared Hyperspectral Microscopy with Broadband 1-GHz Dual Frequency Combs
本文提出将宽带1-GHz双频率梳光谱仪与扫描显微镜集成,实现中红外高速宽带高光谱成像,并阐明带宽与速度的权衡,为高重复频率DCS显微成像发展提供路线图。
2024-07-02 physics.bio-ph physics.optics
Mid-wave infrared photothermal microscopy for molecular and metabolic imaging in deep tissues and spheroids
Boston University(波士顿大学)
中波红外光热显微镜通过亚微米分辨率实现深部组织和肿瘤球形体中分子和代谢成像,利用碳-氘键过倍吸收技术提升对比度与深度分辨能力。
2026-03-06 physics.optics
Scanning mid-IR-laser microscopy: an efficient tool for materials studies in silicon-based photonics and photovoltaics
最近提出了一种扫描中红外激光显微镜的方法,用于研究半导体中的大规模电学和复合活性缺陷,以及在微电子和光电子工业中对半导体材料和结构的无损检测。这一发展的基础是对半导体中低角度中红外光散射的广泛研究。该技术思想的实质是应用暗场方法在扫描中红外激光显微镜中对散射光进行空间滤波,并在所研究的样品中的小区域内对过量载流子进行局部光激发,从而形成用于缺陷的复合对比度成像的探测红外光散射的人工源。本文介绍了三个对比的例子,应用上述技术的缺陷可视化的硅基材料设计的光电子学和光子学,这表明这种技术可能是一种有效的工具,缺陷调查和工业测试的半导体材料。
2010-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mid-infrared Chemical Imaging of Intracellular Tau Fibrils using Fluorescence-guided Computational Photothermal Microscopy
淀粉样蛋白与广泛的神经退行性疾病有关。然而,从细胞内淀粉样蛋白的天然细胞环境中提取分子结构信息仍然是一个巨大的挑战。为了应对这一挑战,我们开发了一种计算化学显微镜,将3D中红外光热成像与荧光成像相结合,称为荧光引导键选择性强度衍射断层扫描(FBS-IDT)。基于低成本和简单的光学设计,FBS-IDT能够在其细胞内环境中对tau纤维(一种重要类型的淀粉样蛋白聚集体)进行化学特异性体积成像和3D位点特异性中红外指纹光谱分析。具有/不具有接种的tau原纤维的人细胞的无标记体积化学成像被证明显示脂质积累和tau聚集体形成之间的潜在相关性。进行深度分辨中红外指纹光谱以揭示细胞内tau原纤维的蛋白质二级结构。实现了tau原纤维结构的\b{eta} -片层的3D可视化。
2023-02-23 physics.bio-ph physics.optics
Mid-IR-laser microscopy as a tool for defect investigation in bulk semiconductors
本文介绍的非破坏性光学技术是研究半导体缺陷的一种有效的新工具。这种技术的基本仪器-中红外激光显微镜-对自由载流子的积累敏感,使得能够研究体半导体中的电活性缺陷或杂质的积累和半导体结构中的掺杂域。该显微镜的光束诱导散射模式旨在研究复合活性缺陷,但与EBIC不同的是,它既不需要肖特基势垒或pn结,也不需要特殊的样品制备
2011-06-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dispersion in nonlinear interferometry: implications for optical coherence tomography with undetected photons
Research Center for Non-Destructive Testing(无损检测研究中心)
本文提出了一种基于时域模态的新型数值补偿方法,用于改善非线性干涉仪中色散对光学相干层析成像的影响,提升了轴向分辨率和成像性能。
2026-02-05 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Background-Suppressed High-Throughput Mid-Infrared Photothermal Microscopy via Pupil Engineering
中红外光热显微技术具有空间分辨率高、特异性强等优点,是一种很有前途的无标记化学成像技术。最近开发的宽视场MIP成像模式大大提高了速度,并实现了微米级受试者的高通量成像。然而,来自亚波长颗粒的弱散射信号由于强背景光而变得与散粒噪声不可区分,导致有限的灵敏度。在这里,我们展示了背景抑制化学指纹在一个单一的纳米粒子的水平,通过选择性地衰减反射光,通过光瞳工程在收集path. We的技术提供了超过三个数量级的背景抑制准暗场照明epi配置,而不牺牲横向分辨率。我们证明了6倍的信号与背景噪声比的改善,允许同时检测和歧视的数百个纳米粒子在70微米× 70微米的视野。提供了一个全面的光热成像的理论框架,并通过300和500~nm的PMMA珠进行了实验验证。我们的技术的多功能性和实用性通过高光谱暗场MIP成像S。aureus和E.大肠杆菌
2021-04-13 physics.app-ph physics.optics
Experimental realization of scanning quantum microscopy
提出利用光子对量子相关性与扫描显微镜实现快速单模量子成像的方法,并通过金属光栅和洋葱上皮细胞实验验证其分辨率与生物成像潜力。
2025-01-07 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Mid-infrared quantum scanning microscopy via visible light beyond spatial correlations
本文提出一种不依赖空间关联强度的光栅扫描无探测光量子成像方法,利用中红外照明与可见光探测实现超越空间关联限制的中红外量子扫描显微成像。
2025-05-07 physics.optics
Dual-Comb Photothermal Microscopy
提出基于中红外双梳激光器的并行化光热显微方法,实现数百波长同时测量与高速无标记超分辨红外成像,克服了单波长法的速度局限。
2024-09-24 physics.optics
A unified framework for sensitivity comparison across stimulated Raman, stimulated Raman photothermal, and mid-infrared photothermal microscopy
Institute for Photon Science and Technology, The University of Tokyo(东京大学光子科学研究所);Department of Advanced Materials Science, The University of Tokyo(东京大学先进材料科学系);RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN(理化学研究所先进光子学中心)
建立统一理论框架,通过有效吸收系数和光热因子定量比较受激拉曼散射、中红外光热和受激拉曼光热显微镜的散粒噪声极限灵敏度,揭示各模态的优势来源。
2026-06-26 physics.optics
Single virus fingerprinting by widefield interferometric defocus-enhanced mid-infrared photothermal microscopy
提出宽场干涉离焦增强中红外光热(WIDE-MIP)显微镜,实现单病毒的高通量指纹识别,揭示了病毒蛋白与核酸特征以区分DNA和RNA病毒。
2023-08-04 physics.bio-ph physics.optics
Label-free mid-infrared photothermal microscopy revisits intracellular thermal dynamics: what do fluorescent nanothermometers measure?
The University of Tokyo(东京大学);RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN(理化学研究所先进光子学中心)
研究通过无需标记的中红外光热显微镜揭示细胞内热扩散特性,发现其与水相近,反驳了荧光热计测量的异常慢热传导假说,指出两者测量的物理量本质不同。
2026-04-12 physics.bio-ph physics.optics
Probing Mid-Infrared Phonon Polaritons in the Aqueous Phase
声子极化激元(PhPs),与杂化电磁场的集体声子振荡,集中在中红外频率范围内的光场,匹配分子的振动模式。PhPs的利用为化学传感工具和极化激元增强纳米光谱学提供了希望。然而,由于缺乏水中原位中红外纳米成像方法,对水相中PhPs的研究和创新仍然停滞不前。来自水的强红外吸收阻止了散射型近场显微镜在中红外中的光学传递和检测。在这里,我们提出了我们的解决方案:液相峰力红外(LiPFIR)显微镜的激发PhPs引起的光热响应的检测。在水相中测量了10 B同位素富集的h-BN中PhPs的特征干涉条纹,并提取了它们的分散关系。LiPFIR能够测量流体相中的中红外PhPs,打开可能性,并促进水中中红外声子极化的发展。
2020-03-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Bidirectional phase sensitivity in holographic phototransient microscopy
Department of Physics and Astronomy, Vrije Universiteit Amsterdam(阿姆斯特丹自由大学物理与天文学系)
研究中红外光热显微镜中前向散射(FWS)与后向散射(BWS)检测几何的权衡问题,通过双向飞秒中红外泵浦-探测全息显微镜及新成像模态内部前向散射(IFS)解决,实现兼顾二者优势的成像。
2026-09-22 physics.optics
Mid-Infrared Photothermal Relaxation Intensity Diffraction Tomography for Video-rate Volumetric Chemical Imaging
Boston University(波士顿大学)
PRIDT通过光热弛豫方案实现视频速率体积分子成像,提供高分辨率和快速成像能力,用于活细胞中蛋白质和脂质代谢研究。
2025-12-30 physics.optics
Quantum Fourier Transform Infrared Spectroscopy: Evaluation, Benchmarking and Prospects
本文构建并评估 QFTIR 光谱系统,在近红外硅探测中获取中红外信息,并通过稳定性、Allan-Werle 图及聚合物薄膜测量与商用 FTIR 对比,明确其竞争条件。
2025-03-17 physics.optics
Scanless quantum Fourier-transform mid-infrared spectroscopy for solids and surface analysis
Research Center for Non-Destructive Testing(无损检测研究中心);Johannes Kepler University(约翰内斯·开普勒大学)
本文实现了一种无扫描量子傅里叶变换中红外显微光谱仪,无需扫描延迟即可在100毫秒内获取光谱,并展示了其在固体、表面及浑浊介质中的高光谱成像能力。
2026-09-30 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Nonlinear optical microscopy with an obscuration-free, freeform reflective objective
本研究开发了一种基于非共轴几何自由曲面反射镜的无遮挡显微镜物镜,具有0.65数值孔径和接近衍射极限的成像性能,克服了传统反射物镜的中心遮挡问题,为非线性光学成像提供了无色差、无色散的优越替代方案。
2025-07-10 physics.optics
Mid-infrared Energy Deposition Spectroscopy
本文提出中红外能量沉积(MIRED)光谱学,通过时间分辨探测瞬态能量沉积,将光谱编码速度上限提升至皮秒级振动弛豫尺度,并兼顾微秒时间分辨率、亚微米空间分辨率与单分子灵敏度。
2024-10-24 physics.ins-det physics.optics
Mid-infrared photothermal imaging flow cytometry
The University of Tokyo(东京大学);RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN(理化学研究所先进光子中心)
提出基于单次纳秒双脉冲中红外光热显微镜的无标记成像流式细胞术,通过将中红外开/关态编码到单次曝光中,抑制运动伪影,实现高速化学成像与单细胞分析。
2026-06-19 physics.optics
Bond-selective interferometric scattering microscopy
干涉散射显微镜是一种非常有前途的技术,用于以高通量方式对从蛋白质到病毒的广谱生物纳米颗粒进行高灵敏度无标记成像。虽然它可以揭示样品的尺寸和形状信息,但化学成分在干涉测量中是无法获得的。红外光谱成像基于样品的固有化学键振动提供化学特异性,但由于长红外波长而缺乏成像和分辨单个纳米颗粒的能力。在这里,我们描述了一种键选择性干涉散射显微镜,其中中红外诱导的光热信号由宽视场共路干涉配置中的可见光束检测。利用薄膜分层衬底来减少反射光并为弱散射场的干涉检测提供参考场。采用脉冲中红外激光器调制干涉信号。随后通过虚拟锁定相机进行解调,同时提供数十个微米或纳米颗粒的化学信息。化学对比度产生于粒子散射场的微小变化,这是目标分子振动吸收的结果。我们的特点与亚波长聚合物珠和突出的生物学应用的化学成像几种微生物,包括金黄色葡萄球菌,大肠杆菌,白色念珠菌的系统。建立了一个理论框架,扩展键选择性干涉散射显微镜的生物微米和纳米粒子的广泛范围。
2021-06-05 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Spatiotemporal Electron Microscopy of Phonon Polaritons in MoO3
Technion – Israel Institute of Technology(以色列理工学院);Bar Ilan University(巴伊兰大学);ICFO-Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology(巴塞罗那科学和技术研究所光子科学研究所);ICREA-Institució Catalana de Recerca i Estudis Avanats(加泰罗尼亚高级研究学院)
本研究通过扩展光子诱导近场电子显微镜(PINEM)的带宽至12微米,首次实现了α-MoO3中声子极化子的时空动态成像,揭示了其空间分布、动力学及波长依赖的寿命。
2026-05-28 physics.optics
Detection of Proteoglycan Loss from Articular Cartilage using Brillouin Microscopy, with Applications to Osteoarthritis
骨关节炎(OA)是引起中老年人疼痛和残疾的主要原因,其关节软骨(AC)的变性是OA的主要表现。软骨细胞外基质(ECM)的早期疾病相关变化始于蛋白聚糖(PG)的耗竭,导致组织水合作用和渗透性增加。这些早期成分变化很小(<10%),因此难以用传统的非侵入性成像技术(磁共振和超声成像)进行记录。在这里,我们应用布里渊显微镜检测猪AC的机械性能和组成的变化。OA样降解是模仿酶组织消化,我们比较布里渊显微镜测量对组织学染色的PG消耗在不同的消化时间和酶浓度。布里渊成像技术的非破坏性特性为创建用于OA诊断和治疗监测的微创关节镜器械开辟了新的途径。
2018-12-06 physics.bio-ph physics.optics q-bio.TO
Versatile silicon-waveguide supercontinuum for coherent mid-infrared spectroscopy
红外光谱是基础科学和应用科学的有力工具。3 μ m至20 μ m范围内的分子光谱指纹为基础光谱学、大气化学、痕量和有害气体检测以及生物显微镜提供了唯一识别分子结构的手段。在这些应用的驱动下,具有广泛的可调谐覆盖范围的低噪声相干激光源的发展是一个非常感兴趣的话题。激光频率梳具有精确定义的谱线和宽带宽的独特组合,可以实现上述应用。在这里,我们利用强大的制造和几何色散工程的硅纳米光子波导相干频率梳产生跨越70太赫兹在中红外(2.5微米至6.2微米)。精确的波导制造提供了显著的光谱展宽和针对特定中红外波段的工程光谱。我们使用这种相干光源的双梳光谱在5微米。
2017-07-12 physics.optics
Ionic liquid-based variable focus electrowetting optics with bandwidths spanning the visible to mid-infrared
红外光学材料和器件在国防、科学和消费市场的广泛应用中非常重要。对于成像、光谱学、显微镜和持续监视,跨越可见光到红外区域的自适应光学系统特别有用。我们通过在400至5000 nm范围内工作的新型电润湿透镜和棱镜元件来满足这一需求。与使用极性液体的传统电润湿装置相比,受到红外区域中的高吸收的限制,我们提出了具有前所未有的光谱带宽的基于室温离子液体(RTIL,N-丙基-N甲基吡咯烷双(氟磺酰基)酰亚胺,Pyr 1333 a,Solvionic)的透镜和棱镜元件。我们的电润湿透镜可调谐超过20屈光度,并已在588、1550和3000 nm波长下得到验证。此外,我们已经展示了在1550 nm处具有0.56°转向角的棱镜元件。
2016-05-02 physics.optics
Non-adiabatic ponderomotive effects in photoemission from nanotips in intense mid-infrared laser fields
金属纳米尖端周围的瞬态近场驱动了许多应用,包括超快电子脉冲的产生及其在电子显微镜中的应用。研究了在中红外激光脉冲驱动下金纳米针尖的电子发射。我们确定了一个低能量的动能谱峰,并研究其转移到更高的能量与增加激光强度从$1.7$到$3.7\cdot10^{11} \mathrm{W}/\mathrm{cm}^2$。低能量峰的上移的实验观察相比,一个简单的模型和数值模拟,这表明,在纳米尺度上的近场的衰减的结果在非绝热转移的有质动力势的发射电子的动能,并反过来转移的峰值。我们推导出一个非绝热有质动力学位移的解析表达式,它在先前发现的淬火后,完成了对非均匀场在纳米结构的强场光电发射中的作用的理解。
2019-05-15 physics.optics
Mid-infrared photothermal single-live-cell imaging beyond video rate
本文针对中红外光热成像测量速率低的问题,开发了一种信噪比提升两个数量级的宽场定量相位显微镜,实现了超越视频速率的单活细胞成像。
2022-08-25 physics.optics
Nanoscale mechanical manipulation of ultrathin SiN membranes enabling infrared near-field microscopy of liquid-immersed samples
本文利用轻敲AFM针尖对超薄SiN膜的可逆纳米形变进行力学操控,以轻敲相位高灵敏量化粘附物体力学特性并结合同步光谱揭示纳米水层厚度,为液体浸没样品红外近场显微及力活性生物材料研究提供新方法。
2024-04-02 physics.optics
Silicon-chip-based mid-infrared dual-comb spectroscopy
片上光谱技术是传感领域的“圣杯”之一,它可以实现对痕量分子的实时指纹识别、无标记和高通量检测。这种小型化光谱仪将极大地促进化学、生物医学、材料科学或空间仪器的应用,例如活细胞的高光谱显微镜或药物质量控制。双梳光谱(DCS)是一种没有移动部件的傅里叶变换光谱技术,特别有前途,因为它仅使用单个检测器测量气相中的高精度光谱。在这里,我们提出了一个微谐振器为基础的平台设计的中红外(中红外)DCS。单个连续波(CW)低功率泵浦源在两个硅微谐振器中产生两个相互相干的锁模频率梳,其跨度从2.6 $μ$ m到4.1 $μ$ m。热控制和自由载流子注入控制每个梳状结构的锁模和调整双梳状结构的参数。大的线间距的梳(127 GHz)和它的精确调谐超过几十MHz,芯片级梳发电机的独特功能,被利用的振动吸收DCS在液相中的原理验证实验,丙酮的光谱跨越从2870 nm到3170 nm,在127 GHz(4.2厘米$^{-1}$)的分辨率。我们朝着芯片上的宽带中红外光谱仪迈出了重要的一步。随着系统的进一步发展,我们的概念有望在纳秒时间尺度上实现实时和时间分辨的光谱采集。
2017-05-01 physics.optics
Van der Waals heterostructure mid-infrared emitters with electrically controllable polarization states and spectral characteristics
现代红外(IR)显微镜、通信和传感系统需要对光的光谱特性和偏振态进行控制。通常,这些系统需要级联多个滤波器、偏振光学器件和旋转组件来操纵光,这不可避免地增加了它们的尺寸和复杂性。在这里,我们报告的两个终端中红外(中红外)发射器与电控光谱和偏振特性。我们的器件是由两个背靠背的pn结形成堆叠各向异性发光材料,黑磷和黑砷磷与二硫化钼。通过控制晶体学取向和工程异质结的能带分布,两个结的发射表现出不同的光谱范围和偏振方向;更重要的是,这两个电致发光(EL)单元可以独立激活,这取决于所施加的偏压的极性。此外,我们表明,当操作我们的发射器的极性切换脉冲模式下,其EL表现出广泛的光谱覆盖范围的特点,包括整个第一中红外大气窗口,和电可调的光谱形状。我们的研究结果为开发光发射器领域的突破性技术提供了基础。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Quantitative phase imaging with molecular vibrational sensitivity
定量相位成像(QPI)量化了样品特定的光学相位延迟,使得能够对光学透明的样品(诸如生物样品)进行客观研究,但是缺乏化学敏感性,限制了其在基于形态学的诊断中的应用。我们提出了利用中红外光热效应在QPI框架下实现的宽场分子振动显微镜。我们的技术在1,450 - 1的分子指纹区域中提供了与传统红外光谱仪相当的中红外光谱性能,在100 μm × 100 μm范围内实现了宽场分子成像,空间分辨率为430 nm,能流密度降低2 - 3个数量级,成像速度为1帧/秒与其他高速无标记分子成像方法相比,该方法的能量密度为10 pJ/μm2,减少了对样品的光损伤。利用高能中红外脉冲源,我们的技术可以实现高速,无标记,同时和原位采集定量形态和分子振动对比度,为光学透明的复杂动力学研究提供新的见解。
2019-03-18 physics.optics
Mid-infrared Chemical Nano-imaging for Intra-cellular Drug Localisation
在过去的二十年中,已经开发了一系列荧光细胞显微镜技术,其可以实现~10 nm的空间分辨率,即基本上击败了由光学衍射设置的通常限制。然而,这些方法依赖于专门的标签。这限制了其适用性,有扰乱生物学的风险,也使它们成为所谓的“发现技术”,只能在有关于生物学问题的先验知识时使用。另一种方法,电子显微镜(EM),需要复杂和耗时的样品制备,这可能会损害样品的完整性。样品必须能够承受真空和重金属染色,以使其具有导电性,并提供可用的电子对比度。这些技术都不能直接绘制出亚细胞水平的药物分布。最近,基于红外线的扫描探针技术已经展示了~1 nm空间分辨率的能力。然而,它们需要平坦、干燥和尺寸稳定的样品,并且它们只能探测到与空间分辨率相称的深度,因此它们基本上产生表面化学信息。到目前为止,它们仅应用于人工生产的测试样品,例如金颗粒或硅上的分离蛋白质。在这里,我们展示了如何这些探针为基础的技术可以适应用于常规制备的一般生物标本。这使得“中红外化学纳米成像”(MICHNI)能够以约10 nm的空间分辨率提供化学分析,适用于研究细胞超微结构。我们通过在单个人骨髓瘤细胞内进行抗癌药物硼替佐米(BTZ)的无标记映射来证明其实用性。我们相信,这种MICHNI技术有可能成为一个广泛适用的辅助EM在整个生物科学。
2018-05-25 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.chem-ph
1-GHz mid-infrared frequency comb spanning 3 to 13 μm
中红外(MIR)光谱仪是分子指纹和超光谱成像的宝贵工具。在现有的光谱方法中,GHz MIR双梳吸收光谱仪有可能同时结合高速,高光谱分辨率和宽光学带宽,以准确研究化学,燃烧和显微镜中的复杂瞬态事件。然而,这样的光谱仪还没有被证明,由于缺乏GHz的MIR频率梳与广泛和完整的频谱覆盖。本文介绍了第一台重复频率为1 GHz的宽带中红外频率梳激光器平台,该平台实现了3 ~ 13 μm的光谱覆盖。该频率梳是基于市售的1.56 μm锁模激光器、鲁棒的全光纤Er放大器和在\c{hi}(2)非线性晶体中产生少周期脉冲的脉冲内差频(IP-DFG)。当用于双梳状光谱(DCS)配置时,该源将同时实现μs时间分辨率、1 GHz(0.03 cm-1)谱点间距和MIR大气窗口内任何位置>5 THz(>166 cm-1)全带宽的测量。这代表了一种独特的光谱资源,用于表征目前无法用其他来源获得的快速和非重复事件。
2022-01-18 physics.app-ph physics.optics
Video-rate volumetric chemical imaging via mid-infrared photothermal optical diffraction tomography
The University of Tokyo(东京大学);RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN(理化学研究所先进光子中心)
通过中红外光热光学衍射断层扫描实现视频速率的体积分层化学成像,突破了传统技术在速度与信噪比间的限制,实现了高灵敏度和高精度的活细胞三维化学动态研究。
2026-03-04 physics.optics
Full Crystallographic Imaging of Hexagonal Boron Nitride Monolayers with Phonon-Enhanced Sum-Frequency Microscopy
本研究提出相位分辨和频显微镜,利用声子增强实现hBN单层快速成像,并揭示其晶体取向与氮终止锯齿边缘,为范德华材料表征提供超灵敏工具。
2025-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
All-optical fluorescence blinking control in quantum dots with ultrafast mid-infrared pulses
光致发光(PL)不稳定性是一种普遍存在的现象,它会间接降低单个胶体量子点(CQD)的发光强度的时间稳定性及其整体的发光量子产率。尽管通过量子点结构及其环境的化学工程来减少闪烁的努力,闪烁仍然对量子点的应用构成障碍,特别是在生物学中的单粒子跟踪或单光子源中。在这里,我们展示了第一个确定性的全光学抑制量子点闪烁使用的可见光和中红外(MIR)激发的复合技术。我们发现,中等场超快MIR脉冲(5.5 $μ$ m,150 fs)可以切换发射从充电,低量子产率的“灰色”trion状态的“明亮的”激子状态在CdSe/CdS核壳量子点导致的QD强度闪烁显着减少。量子隧穿模拟表明,MIR场从具有降低的发射量子产率的trions去除多余的电荷,以恢复更高亮度的激子发射。我们的方法可以与现有的单粒子跟踪或超分辨率显微镜技术集成,而无需对样品进行任何修改,并转化为其他发射器呈现电荷诱导的PL谱,如金刚石和二维材料中的单光子发射缺陷。
2021-05-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Millimeter-scale wide-field mid-infrared photothermal imaging enabled by a broadly tunable picosecond optical parametric oscillator
Leibniz Institute of Photonic Technology(莱布尼茨光子技术研究所);Otto Schott Institute of Materials Research, Friedrich-Schiller-University Jena(弗里德里希·席勒大学耶拿分校奥托·肖特材料研究所);Friedrich-Schiller-University Jena(弗里德里希·席勒大学耶拿分校)
研究克服宽场中红外光热成像在视场等方面的限制,通过开发由商用皮秒光参量振荡器驱动的F-MIP成像平台,实现毫米级宽场成像及900cm-1以下宽场MIP成像,可用于生物医学成像等,是高通量振动成像可扩展平台。
2026-07-08 physics.app-ph physics.bio-ph physics.ins-det
Single-Shot Multi-Stage Damage and Ablation of Silicon by Femtosecond Mid-infrared Laser Pulses
尽管超快激光材料加工在过去二十年中以惊人的速度发展,但大多数应用都是利用近红外或可见光波长的激光脉冲开发的。中红外(MIR)飞秒激光源的最新进展可能会为材料加工创造新的能力。这是因为,在这种处理所需的高强度下,波长调谐到更长的波长打开了通向激光-固体相互作用的特殊机制的路径。在这些条件下,由于$λ^2$标度,激光驱动的电子的有质动力能量可以显著超过光子能量、带隙和电子亲合势,并且可以主导地驱动吸收,导致超快激光-固体相互作用的传统概念的范式转变。高强度超快MIR激光与固体的不可逆相互作用是这方面的主要兴趣,但迄今为止还没有系统的研究。为了解决这个根本的差距,我们进行了详细的实验研究的高强度超快修改硅单飞秒MIR脉冲($λ$ = 2.7 - 4.2 $μ$ m)。超快熔化,与硅氧化物表面层的相互作用,和烧蚀的氧化物和晶体表面的非原位特征在于扫描电子,原子力,和透射电子显微镜结合聚焦离子束研磨,电子衍射,和$μ$ -拉曼光谱。激光诱导损伤和烧蚀(LIDA)阈值作为激光波长的函数进行测量。传统的理论模型不能再现损伤阈值的波长标度。为了解决分歧,我们讨论了可能的新途径的能量沉积驱动的有质动力能量和场效应特性的MIR波长制度。
2019-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband Fourier-Transform Optical Photothermal Infrared Spectroscopy and Imaging
本研究针对光学光热显微术光谱范围受红外光源调谐限制的问题,采用超宽带同步加速器红外辐射实现覆盖全中红外的光热成像与光谱,提升了光谱范围和空间分辨率,并结合同步微光谱实现小鼠脑组织细胞区分。
2024-06-24 physics.app-ph physics.optics