Low-Loss Silicon Platform for Broadband Mid-Infrared Photonics
宽带中红外（mid-IR）光谱应用可以极大地受益于当今发展良好的、高度可扩展的硅光子技术;然而，由于依赖于吸收性二氧化硅包层，该平台缺乏宽带透明度。替代包层材料已经被研究，但挑战在于减少损耗，同时避免复杂的制造技术。在这里，与传统的假设相反，我们表明硅光子学可以在3 - 6 um波长的中红外线中实现低损耗传播，从而在该光谱范围内提供高度可扩展的，开发良好的技术。我们设计了波导截面和与吸收性包层氧化物的光模相互作用，以减少中红外波长处的损耗。我们制作了一个微波谐振器，并测量了在3.5至3.8 μ m波长处的固有品质（Q）因子为10^6。这是迄今为止在集成中红外平台上展示的最高Q值。利用这种高Q硅微谐振器，我们还展示了5.2 mW的低光学参量振荡阈值，说明了该平台在中红外非线性芯片级应用中的实用性。
2017-03-10 physics.optics
Broadband gain characterization of Co:MgF$_2$ for mid-infrared femtosecond pulse amplification
RIKEN Center for Advanced Photonics, RIKEN（理化学研究所先进光子学中心）
研究Co:MgF$_2$在2 μm附近的宽带增益特性，通过飞秒种子脉冲测量显示1.5-2.4 μm区域的宽带放大，结合数值模拟评估其作为超短脉冲增益介质的可行性。
2026-06-29 physics.optics
Generation of Broadband Mid-IR and UV Light in Gas-Filled Single-Ring Hollow-Core PCF
利用光学参量放大器输出的1.7 $μ$ m光，在充气单环空芯光子晶体光纤（SR-PCF）中产生了中红外波段的超快超连续谱。简单的光纤结构提供浅的色散和平坦的传输在近和中红外，使产生的宽带光谱从300 nm延伸到3.1 $μ$ m，与几个$μ$ J的总能量。此外，我们报告的紫外色散波的发射，其频率可以简单地通过调整泵浦波长调谐。SR-PCF还提供了在近红外和中红外光谱区域压缩和传递可调谐超快脉冲的有效手段。
2017-01-25 physics.optics
Coherent broadband mid-infrared supercontinuum generation in As2Se3 photonic crystal fiber
利用4.1 μ m泵浦和As 2Se 3光子晶体光纤（PCF），通过引入随机量子噪声和功率不稳定性，利用数值模拟的杨氏双缝实验，研究了2.3 ~ 8.3 μ m宽波段超连续谱的相干特性.结果表明，该MIR SC光源的相干性与As_2Se_3光子晶体光纤的输入脉冲宽度、峰值功率、功率稳定度和零色散波长密切相关，并给出了获得最大相干带宽的最佳条件.
2013-09-23 physics.optics
Broadband cantilever-enhanced photoacoustic spectroscopy in the mid-IR using supercontinuum
我们展示了在中红外波段使用超连续谱源的激光增强光声光谱。该方法是宽带的、紧凑的，并且与采用常规后体辐射源的系统相比允许更高的光声信号强度和增强的信噪比。使用这种技术，我们进行光谱测量的完整的振转能带结构的水蒸气在1900 nm和甲烷在3300 nm的相对信号增强因子为70和19，分别相比，使用一个黑体辐射源的测量。我们的研究结果提供了新的视角，光声检测打开大门，紧凑和灵敏的宽带分析仪在中红外光谱区。
2018-07-02 physics.ins-det physics.optics
Broadband black phosphorus optical modulator in visible to mid-infrared spectral range
黑磷（BP）是一种二维（2D）材料，具有直接带隙，其填补了石墨烯拓扑绝缘体和过渡金属二硫属化物留下的带隙空隙，因为其依赖于层和施加的应变。理论上，直接和可调的带隙表明在光电子学中的宽带应用具有从可见光到中红外的光谱范围内的高效率。实验上制作了BP宽带光调制器，并将其用作体激光器的可饱和吸收体，实现了639nm（红光）、1.06um（近红外）和2.1um（中红外）的被动调制激光输出。所得结果为稀有宽带光调制器提供了一种有希望的选择，拓宽了BP在光子学中的应用范围。
2015-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Broadband mid-infrared perfect absorber using fractal Gosper curve
由于表面等离子体共振固有的窄带宽，设计宽带超材料完美吸收体是具有挑战性的。本文报道了一种利用空间填充高斯曲线的超宽带超材料吸波体。优化结果表明，在2.64 ~ 9.79 μm范围内，整个中红外波段的平均吸收率为95.78%。同时，吸收体对入射光的偏振角和入射角不敏感。在我们的宽带吸收体中使用的基本物理原理涉及具有多个尺度的分形几何和耗散等离子体晶体。宽带完美吸收可以归因于在不同波长处的多个电共振，所述多个电共振由所定义的戈恩曲线中的几个段支持。
2019-08-20 physics.app-ph physics.optics
A simple approach of broadband mid-infrared pulse generation with a mode-locked Yb-doped fiber laser
宽带中红外（MIR）分子光谱技术要求在分子指纹区有明亮的宽带光源。为此，在各种技术中，脉内差频产生（IDFG）显示出优异的性能。然而，以前的IDFG系统主要使用非常规的长波长2- $μ$ m超短脉冲激光器。一些系统已经用1- $μ$ m激光器进行了演示，但它们使用体积庞大的100 W级高功率Yb薄盘激光器。在这项工作中，我们展示了一个简单而强大的方法，1- $μ$ m泵浦的宽带IDFG与传统的锁模掺Yb光纤激光器。我们首先产生3.3 W，12.1 fs的超短脉冲在50 MHz的一个简单的组合的光谱展宽与短单模光纤和脉冲压缩啁啾镜。然后，我们用它们泵浦薄取向图案化的磷化镓（OP-GaP）晶体，产生1.2 mW的宽带MIR脉冲，在指纹区（760-1240 cm $^{-1}$，8.1-13.1 $μ$ m）的-20 dB带宽为480 cm $^{-1}$。基于1- $μ$ m的IDFG系统允许在紫外和可见光区域中同时产生超短脉冲，从而实现例如100-MHz水平的高重复率振动和频产生光谱或泵浦探测光谱。
2021-12-15 physics.optics
Frequency-domain optical coherence tomography with undetected mid-infrared photons
中红外线的散射远小于较短的波长，从而允许大大增强光学成像技术（例如光学相干断层扫描（OCT））的穿透深度。然而，中红外的检测和宽带光源在技术上都具有挑战性。在非线性干涉仪中干涉纠缠光子使得能够利用未检测到的光子进行感测，从而使中红外源和检测器过时。在这里，我们实现了中红外频域OCT基于超宽带纠缠光子对。我们展示了10 $μ$ m轴向和20 $μ$ m横向分辨率的2D和3D成像的强散射陶瓷和油漆样品。与$10^6$相比，对于相同量的探测光，噪声降低了一倍，并且还大大减少了占地面积和技术复杂性，这种技术可以优于传统的中红外光方法。
2020-06-12 physics.optics quant-ph
Ultra-broadband mid-infrared generation in dispersion-engineered thin-film lithium niobate
薄膜锂酸盐（TFLN）是一种新型的小型、低功耗非线性光学器件平台，已广泛应用于近红外频率转换。最近的工作已经将这些设备扩展到中红外波长，其中广泛可调谐的源可以用于化学传感。为此，我们证明了一个固定的1微米泵和一个可调谐的电信源之间的高效和宽带差频产生均匀极化TFLN蓝宝石利用色散工程可在严格限制的波导。我们同时显示了1-2个数量级的提高转换效率和5倍的增强工作带宽的中红外产生相比，传统的锂离子波导。我们还研究了表面吸附水的中红外损失对这些器件性能的影响。
2022-06-10 physics.optics
Mid-infrared VIPA Spectrometer for Rapid and Broadband Trace Gas Detection
我们提出并表征了一种基于虚拟成像相控阵（VIPA）色散器的二维成像光谱仪，用于使用3.1和3.8 μm的中红外（MIR）频率梳进行快速，高分辨率的分子检测。我们证明了在<10 μs的采集时间内，使用>3750个分辨率元件，跨越>80 nm，分辨率约为600 MHz，检测3.1 μm处的CH 4。除了宽带检测，快速，时间分辨的单图像检测证明通过捕捉动态浓度变化的CH 4以每秒约375帧的速率。在毫秒时间尺度上容易地检测到高于5 \times 10-4的本底噪声的吸收变化，从而导致重要的未来应用，例如实时监测痕量气体浓度和检测活性中间体。
2012-06-06 physics.optics
Broadband infrared spectroscopy of condensed phases with two intra-pulse difference-frequency-generation frequency combs
中红外光谱为研究凝聚相中复杂分子的结构和动力学提供了一种新的途径。因此，开发紧凑型和宽带中红外光谱仪一直是一个长期的挑战。在这里，我们表明，一个高度相干和宽带中红外频率梳可以产生通过使用脉冲内差频产生与脉冲的训练从几个周期的钛：蓝宝石振荡器。通过将振荡器输出光束聚焦到单通扇出型双极化锂酸盐晶体中，并使晶体相对于入射光束的取向倾斜，可以产生具有从1550 cm-1（46 THz）到3650 cm-1（110 THz）的倍频程光谱带宽和消失的载波包络偏移相位的中红外频率梳。然后，使用两个相干的中红外频率梳，我们证明了超宽的中红外双频梳光谱的芳香族化合物和氨基酸在溶液中的实验是可行的。因此，我们预计，我们的中红外频率梳可用于进一步开发超快和宽带红外光谱的化学反应和生物分子在凝聚相。
2020-01-15 physics.chem-ph physics.optics
Intracavity trace molecular detection with a broadband mid-IR frequency comb source
利用宽带光学参量振荡器（OPO）的内腔光谱技术，在2.5 - 5 μm光谱范围内对甲烷、二氧化碳、一氧化碳、甲醛、乙炔和乙烯等气体进行了超灵敏检测。OPO在简并附近工作，并由锁模铒（1560 nm）或铥（2050 nm）光纤激光器同步泵浦。高达800 cm $^{-1}$的大瞬时带宽允许同时检测多种气体。我们观察到一个有效的路径长度增强由于相干相互作用内的OPO腔，并实现部分每十亿灵敏度水平。测量的光谱形状是在良好的协议与模型，考虑到在广泛的OPO频带的群延迟色散。
2013-01-23 physics.optics
Inelastic scattering of broadband electron wave packets driven by an intense mid-infrared laser field
在3.2和3.6微米的强烈，100 fs的激光脉冲被用来产生，通过多光子电离，宽带波包高达400 eV的动能和电荷状态高达100 +6。的多个电离路径很好地描述了一个白色的电子波包和无场非弹性截面，平均在强度依赖的能量分布（e，ne）电子碰撞电离。分析还表明，从氙的4d核心激发的贡献。
2011-09-01 physics.atom-ph physics.optics
Broadband high-resolution molecular spectroscopy with interleaved mid-infrared frequency combs
历史上，在光谱测量中，在高光谱分辨率、宽带覆盖和采集时间之间存在权衡。光学频率梳最初被设想用于紫外区域氢原子的精确光谱学，现在通常用于探测中红外宽光谱带内的分子旋转振动跃迁，具有卓越的准确度、分辨率和速度。在这里，我们演示了在3.2至5.1微米的连续波长范围内（频率跨度1200 cm^{-1}，分辨率<100 kHz）通过交错梳齿分辨光谱的250万个光谱点的采集，该光谱是通过基于光学次谐波产生的高相干宽带双频梳系统采集的。在115 MHz的梳状谱线间距下，用逐渐移动的梳状谱线叠加，我们完全分辨了具有窄多普勒展宽谱线的分子的振幅谱和相位谱，如CS2及其同位素的ν1+ν3带。此外，我们能够观察CS2的化学氧化反应，通过其不对称ν3伸缩带检测到痕量的羰基硫（OCS）。
2020-06-02 physics.optics
Broadband tunable mid-infrared absorber based on conductive strip-like meta-atom elements
研究了一种由薄金属条组成的超材料作为中红外波段的宽带吸收体。在这里，各个元件的介电和几何特性之间的匹配对于确保高吸收至关重要。详细的理论分析的基础上的电偶极子近似进行表征的吸收和散射特性的单个单元电池和结果被用来设计的超材料组成的这种配置。条形元件的吸收截面可以超过其纵向几何截面面积的17倍。结果表明，镍基金属-绝缘体-金属（MIM）超材料结构的吸收率可以超过90%，在约8.2 - 18 μ m的光谱。宽带吸收与带的低Q因子偶极模的激发相关联。这种吸收体表现出良好的偏振和入射角的横向电场（TE）波的宽容。吸收光谱可以通过改变单个元件参数来调节。
2022-05-21 physics.optics
Broadband photoacoustic spectroscopy of $^{14}\text{CH}_4$ with a high-power mid-infrared optical frequency comb
我们报告了一个高功率中红外频率梳作为光源的光声光谱装置。该装置用于放射性碳甲烷的宽带光谱。由于光声池的高灵敏度和高功率光源，我们可以在宽带测量中达到低于100 ppb的检测限，样品体积仅为几毫升。报道了$^{14}\text{CH}_4$的第一个红外光谱，并对其进行了初步归属。研究结果为放射性碳甲烷光学检测系统的研制奠定了基础。
2019-02-20 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Broadband polarization-independent low-crosstalk metasurface lens array-based mid wave infrared focal plane arrays
像素的小型化是实现高分辨率、平面化、小型化的焦平面阵列的关键，然而，像素间光学串扰的增加导致了严重的缺陷和折衷。在当前的工作中，我们设计并提出了一种有效的宽带偏振不敏感的全介质超颖表面透镜阵列的焦平面阵列（FPA）工作在中波红外（MWIR）。实现了超过0.85的高聚焦效率和优异的光学串扰性能。我们证明，光学串扰可以降低到2.8%以下的低水平，具有高效率。对于器件性能，使用了以前报告中的类似品质因数（FoM），我们的器件达到了91的FoM，优于迄今为止设计的所有其他类型的MWIR FPA。所提出的超表面透镜阵列展示了用于增加信噪比和灵敏度的巨大潜力，从而为紧凑尺寸、高分辨率FPA铺平了道路。
2018-03-15 physics.optics
Low-loss silicon core fibre platform for broadband nonlinear photonics in the mid-infrared
宽带中红外线光源对于跨越自由空间通信到光谱学的广泛应用是高度期望的。近年来，由于硅的低损耗（线性和非线性）和高稳定性，硅作为该区域的非线性光波长转换的平台引起了极大的兴趣。然而，该领域的大多数研究都利用了由绝缘体上硅平台制造的小芯波导，其遭受二氧化硅包层的高吸收损耗，限制了其产生超过3 $μ$ m的光的能力。在这里，我们设计并展示了一个紧凑的硅芯，二氧化硅包层波导平台，在整个硅透明窗口具有低损耗。波导由硅芯光纤制成，该硅芯光纤已被锥形化以设计模式特性，以确保芯中的有效非线性传播，同时中红外线与包层的相互作用最小。这些波导表现出光纤平台的许多优点，例如高耦合效率和功率处理能力，允许产生具有高亮度和跨越几乎两个倍频程（1.6 - 5.3 $μ$ m）的相干性的中红外超连续光谱。
2019-03-18 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
Broadband Cross-Circular Polarization Carpet Cloaking based on a Phase Change Material Metasurface in the Mid-infrared Region
针对目前大多数隐身装置都集中于线偏振隐身，而对中红外隐身特性研究较少的现状，提出了一种中红外波段交叉圆偏振隐身地毯隐身装置。基于Pancharatnam Berry相位原理，精心设计了具有交叉圆极化梯度相位的单胞，并将其构造成一个超表面。为了实现可调谐交叉圆偏振地毯斗篷，在单元结构的设计中引入了相变材料。当相变材料处于非晶态和晶态时，所提出的超颖表面单元可以实现高效的交叉偏振转换，并且反射强度可以调节。根据地毯隐身的相位补偿原理，利用所设计的单元结构，构建了一种具有相位梯度的超表面隐身装置。从近场和远场的分布，交叉圆偏振隐身特性被证实在宽带波长范围内。提出的隐身装置可以有效地抵抗交叉圆偏振探测。
2022-03-04 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
Development of As-Se tapered suspended-core fibers for ultra-broadband mid-IR
我们设计并研制了用于中红外超连续谱产生的高纯度As 39 Se 61玻璃锥形悬芯光纤，采用2 $μ$ m的标准光纤激光泵浦源。结果表明，微结构化允许在纤芯直径约为1 $μ$ m的光纤腰中将零色散波长移动到短于2 $μ$ m的范围。在这种情况下，在1-10 $μ$ m范围内的超连续谱的产生是用2 $μ$ m处的150 fs 100 pJ泵浦脉冲数值获得的。我们还进行了波长转换的实验，在1.57 $μ$ m的超短光脉冲的Er：光纤激光器系统在制造的As-Se锥形光纤。测量的展宽谱与数值模拟的展宽谱符合得很好。
2017-08-07 physics.optics
Broadband Angular-selective Mid-infrared Photodetector
提出一种可无缝集成于中红外光电探测器的角选择性微结构阵列，利用光展量守恒实现宽带高角选择性，滤除非目标角度辐射，显著提升信噪比且对偏振和波长不敏感。
2025-04-29 physics.app-ph physics.optics
Mid-IR spectroscopy with NIR grating spectrometers
中红外（mid-IR）光谱是众多分析应用的重要工具，适用于各种材料，包括气体，聚合物或生物组织。然而，这种在2.5-10 $μ$ m之间的技术上重要的波长范围受到主要与中IR检测器中的大噪声以及明亮的宽带中IR光源的复杂性和成本相关的技术限制。在这里，使用高度非简并，宽带光子对明亮的自发参量下转换（SPDC）的非线性干涉仪，我们规避这些限制，并实现光谱在中红外仅使用可见光（VIS）固体激光器和现成的，商业近红外（NIR）光栅光谱仪。通过这一概念验证实施方案，涵盖了从3.2 $μ$ m到4.4 $μ$ m的广泛范围，我们可以在12 cm $^{-1}$到1.5 cm $^{-1}$的光谱分辨率下获得低至1 s的短积分时间和高于200的信噪比，从而获得更长的积分时间。通过分析聚合物样品和环境CO $_2$在我们的实验室，我们突出了这种测量技术的潜力，为现实世界的应用。
2021-09-23 physics.optics quant-ph
Metasurface-Enhanced Mid-Infrared Imaging Spectroscopy with Broadband Quantum Cascade Lasers
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
提出一种结合宽带梯度超表面与射频调制量子级联激光器的紧凑型中红外成像光谱平台，通过匹配超表面共振与激光发射光谱，实现单帧获取增强吸收条形码图像，将采集时间缩短三个数量级。
2026-06-11 physics.optics
Overcoming sensitivity-bandwidth trade-off in mid-infrared spectroscopy by a microresonator-anchored swept laser
State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments, Department of Precision Instruments, Tsinghua University（清华大学精密仪器系精密测量技术与仪器国家重点实验室）；College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学材料科学与光电技术学院）；Research and Development Center for Wide Bandgap Semiconductors, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所宽禁带半导体研发中心）；CAS Key Laboratory of Geospace Environment, School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学地球与空间科学学院空间环境中国科学院重点实验室）；Hefei National Laboratory, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学合肥国家实验室）；Hefei National Research Center for Physical Sciences at the Microscale and School of Physical Sciences, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理科学学院微尺度物质科学国家研究中心）；CAS Center for Excellence in Comparative Planetology, Anhui Mengcheng Geophysics National Observation and Research Station, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学安徽蒙城地磁国家野外科学观测研究站比较行星学中国科学院卓越创新中心）
通过微谐振器锚定的超快扫频激光实现中红外光谱学的高灵敏度与宽带宽的平衡，达到创纪录的sSNR×B和高精度甲烷检测。
2026-02-08 physics.optics
Visible pump -- mid infrared pump -- broadband probe: development and characterization of a three-pulse setup for single-shot ultrafast spectroscopy at 50 kHz
我们在这里报告的实验装置进行三脉冲泵浦探测测量在一个宽的波长和温度范围。通过结合两个泵浦脉冲在可见光（650-900 nm）和中红外（5-20 $μ$ m）的范围内，与宽带超连续白光探头，我们的设备，使两个组合的选择性激发不同的材料自由度和完整的时间依赖性重建的非平衡介电函数的样品。我们在这里描述的光学设置，低温样品环境和定制的采集电子能够参考单脉冲检测宽带光谱的最大重复频率为50 kHz，实现了10 $^{-4}$的顺序的灵敏度超过1秒的积分时间。我们证明了该装置的性能，通过报告数据的中红外泵浦，光推和宽带探测在单晶的Bi $_2$ Sr $_2$ Y $_{0.08}$ Ca $_{0.92}$ Cu $_2$ O $_{8+δ}$在超导和赝能隙阶段。
2020-06-05 cond-mat.supr-con physics.chem-ph physics.ins-det
Ultra-rapid broadband mid-infrared spectral tuning and sensing
本研究提出一种基于啁啾光纤激光器与异步调频电光梳差频光谱聚焦的中红外高速宽带波长扫描方法，实现超高速逐脉冲调谐与高灵敏光谱传感，在动态场景应用中极具潜力。
2025-01-17 physics.app-ph physics.optics
Few-cycle, Broadband, Mid-infrared Optical Parametric Oscillator Pumped by a 20-fs Ti:sapphire Laser
报道了一种基于MgO掺杂的双极化LiNbO 3（MgO：PPLN）的中红外宽带单共振光参量振荡器（OPO），采用20 fs钛宝石激光器同步泵浦。通过使用短至250 μ m的晶体相互作用长度，以及对输入泵浦脉冲和OPO谐振器的仔细色散管理，产生了在中红外范围内可调谐的近变换限制的少周期闲频脉冲，在2682 nm处具有少至3.7个光学周期。该OPO可在2179-3732 nm波长范围内连续调谐，在3723 nm波长处输出功率高达33 mW。闲频光谱表现出稳定的宽带分布，在3732 nm处记录的带宽跨度超过422 nm（FWHM）。我们研究了晶体长度对光谱带宽和脉冲持续时间的影响，在一个固定的波长，确认近变换限制闲频脉冲的所有光栅的相互作用长度。通过将泵浦激光器的重复频率锁定到射频参考，并且不主动稳定OPO腔长，当以最大输出功率操作时，获得了在>2.75小时内优于1.6%rms的闲频功率稳定性，具有TEM 00模式轮廓的优异空间光束质量。
2014-04-07 physics.ins-det physics.optics
Flexible delivery of broadband, 100-fs mid-infrared pulses in the water-absorption band using hollow-core photonic crystal fibre
本文提出利用抽真空空芯光子晶体光纤在水吸收波段灵活传输宽带、100飞秒中红外脉冲，保持高保真度，优于自由空间和充气光纤，适用于亚皮秒脉冲传输。
2025-01-27 physics.optics
Ultra-broadband mid-infrared emission from Pr$^{3+}$/Dy$^{3+}$ co-doped selenide-chalcogenide glass fiber spectrally shaped by varying the pumping arrangement
在这方面的贡献，从Pr 3 +/Dy 3+共掺硒化物-硫族化物多模光纤样品的光致发光的综合实验研究进行了讨论。使用常规熔融淬火制备共掺杂有500 ppm的Pr 3+离子和500 ppm的Dy 3+离子的硒化物-硫族化物多模光纤样品。研究的主要目的是分析抽运波长的选择对输出光谱形状的影响。为此，使用在1320 nm、1511 nm和1700 nm波长下工作的泵浦激光器在一端照射Pr 3 +/Dy 3+共掺杂的硒化物-硫族化物多模光纤样品。结果表明，Pr ~（3+）/Dy ~（3+）离子共掺的硒-硫系多模光纤的光致发光波长范围为2000 ~ 6000 nm。还表明，通过改变泵浦源的输出功率和波长，可以修改所发射的发光的光谱形状，以减少或增强特定波长带内的辐射的贡献。研究结果表明，Pr 3 +/Dy 3+共掺硒-硫多模光纤是实现中红外波段宽带自发发射光纤光源的理想材料。
2021-04-28 physics.optics
Mid-infrared continua via spectral broadening and difference frequency generation in a nanophotonic lithium niobate waveguide
本研究利用纳米光子铌酸锂波导的双级设计，通过三阶光谱展宽与周期极化段的脉内差频产生，在电信波长飞秒源泵浦下实现了覆盖350-4800nm的超宽相干光谱，为中红外宽带光源提供了新方案。
2025-10-27 physics.optics
A Route to Unusually Broadband Absorption Spanning from Visible to Mid-Infrared
本文提出了一种实现超宽带吸收的途径，并通过一个可行的设计进行了论证。所提出的结构的高吸收区（吸收率高于90%）的范围从可见光到中红外（MIR），即对于产生2,800 nm的超宽带宽的478 nm到3,278 nm的波长。该结构由顶层图案化的金属-绝缘体-金属（MIM）配置组成，在该配置的绝缘体层中嵌入有超薄的5 nm锰（Mn）层。MIM结构为Ti-Al_2 O_3-Ti三层结构。结果表明，没有超薄层的Mn，吸收带宽减少到274 nm。因此，仅添加5 nm的Mn层导致吸收带的宽度增加十倍以上。详细解释了有助于这种超宽带结果的物理机制是等离子体激元和非等离子体激元共振模式的组合，以及Mn的适当光学性质。这种结构的相对带宽（RBW）为149%，而其制造只需要一个光刻步骤，所以它是相对简单的制造。这使得它在实际应用中相当有前途。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Ultra-broadband Mid to Long-wave Infrared Spintronic Poisson Bolometer
Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering, Purdue University（普渡大学埃尔莫电气与计算机工程学院）；Birck Nanotechnology Center, Purdue University（普渡大学伯克纳米技术中心）；Department of Materials Engineering, Indian Institute of Science（印度科学学院材料工程系）；School of Mechanical Engineering, Purdue University（普渡大学机械工程学院）
本研究提出一种基于自旋电子的泊松热电偶，实现室温下3-14微米超宽波段红外传感，热灵敏度达80-100mK，超越无冷却探测器性能。
2026-10-27 physics.app-ph physics.optics
Suspended thin-film lithium niobate modulator for broadband mid-infrared light modulation and frequency comb generation
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Ming Hsieh Department of Electrical and Computer Engineering, University of Southern California（南加州大学明海电气与计算机工程学院）；PHY research lab, Intel lab（英特尔实验室PHY研究组）；Materials Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部）
本研究提出了一种悬空薄膜铌酸锂调制器，实现了宽波段中红外光调制和频率梳生成，展示了高效率的电光调制性能和频率可调性。
2026-01-24 physics.optics
Mid-Infrared Plasmonic Biosensing with Graphene
红外光谱是通过生物分子的振动指纹进行化学鉴定的首选技术。然而，红外线与纳米尺寸分子的相互作用很差。在这里，我们利用石墨烯独特的电光特性来展示一种高灵敏度的可调等离子体生物传感器，用于蛋白质单层的化学特异性无标记检测。纳米结构石墨烯的等离子体共振被动态调谐以在不同频率下选择性地探测蛋白质并提取其复折射率。此外，石墨烯中的极端空间光限制比金属高出两个数量级，与纳米生物分子产生前所未有的高重叠，从而能够在检测其折射率和振动指纹时实现卓越的灵敏度。石墨烯的可调光谱选择性和增强的灵敏度的组合为生物传感开辟了令人兴奋的前景。
2015-06-24 physics.optics
Sensitive multiplex spectroscopy in the molecular fingerprint 2.4 $μ$m region with a Cr^{2+}:ZnSe femtosecond laser
超短脉冲Cr^{2+}：ZnSe激光器是一种新型宽带光源，可用于高灵敏度的分子光谱学研究。130 fs的脉冲可以覆盖2.4 $μ$ m附近高达380 cm^-1的谱域，傅里叶变换光谱仪同时以0.12 cm^-1（3.6 GHz）的分辨率对该谱域进行分析。乙炔和氨的光谱在13秒内记录下来，从70 cm长的吸收光谱（约为4150 cm^-1）得到，每个光谱元素平均1秒时的信噪比为3800，噪声等效吸收系数为2.4*10^-7 cm^-1*Hz^-1/2，表明HF分子的检测水平为0.2 ppbv。如果使用广泛使用的传统钨灯光源而不是激光光源，相同的光谱需要一个多小时。
2007-10-15 physics.optics
Mid-IR hyperspectral imaging with undetected photons
针对中红外高光谱显微镜成本高、复杂且性能受限的问题，提出基于非线性干涉仪与逐像素量子傅里叶变换红外光谱的宽场成像方法，利用未探测光子实现高分辨率高光谱成像。
2025-07-11 physics.optics quant-ph
Multiple-octave spanning mid-IR supercontinuum generation in bulk quadratic nonlinear crystals
明亮的宽带相干中红外辐射对于激发和探测分子振动是重要的。利用传统的二次非线性晶体如Li_2O_3的级联非线性特性，研究了自散焦近红外孤子在可见光、近红外和短波长中红外波段的超连续谱产生。晶体被切割用于非临界相互作用，因此单个中红外飞秒泵浦源的三波混频导致高度相位失配的二次谐波产生。这种自作用的级联过程导致在中红外泵浦波长处形成自散焦孤子，并且在自压缩点之后观察到多倍频程跨越超连续谱（覆盖1.6- $7.0~μ$ m）。结果记录在3- $4~μ$ m范围内泵浦的市售晶体LiInS $_2$中，但是也可以容易地使用其它中IR晶体。
2016-03-18 physics.optics
Design of an efficient mid-wave IR fiber optic light source
报道了一种在适当设计的硫系微结构光纤中利用四波混频效应的中波红外宽带（3.1 ~ 3.8 μm）光纤光源的设计。一个可实现的增益超过35 dB的演示。
2012-08-16 physics.optics
Mass-manufactured Gradient Plasmonic Metasurfaces for Enhanced Mid-IR Spectrochemical Analysis of Complex Biofluids
提出一种基于梯度等离激元微孔阵列超表面的SEIRAS平台，通过高通量晶圆级制造和级联共振峰实现复杂生物流体的高效中红外指纹分析，为生物医学应用奠定基础。
2025-03-04 physics.app-ph 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
Far-field nanoscale infrared spectroscopy of vibrational fingerprints of molecules with graphene plasmons
红外光谱，特别是在600和1500 cm-1之间的指纹区域的分子振动，是一个强大的散装材料的表征方法。然而，由于微米波长的红外线和纳米尺寸的分子之间的弱光-物质相互作用，在纳米级水平上的分子指纹仍然是一个重大的挑战。在这里，我们展示了分子指纹在纳米级水平上使用我们专门设计的石墨烯等离子体结构的CaF 2纳米膜。这种结构不仅避免了等离子体-声子杂化，而且还提供了覆盖整个红外指纹区域的原位电可调谐石墨烯等离子体，这是以前无法实现的。此外，未受干扰和高度限制的石墨烯等离子体提供了面内和面外振动模式的同时检测，其中石墨烯检测灵敏度下降到亚单层水平，显著地推动了远场中红外光谱的当前检测极限。我们的研究结果提供了一个平台，实现了期待已久的高灵敏度和选择性的纳米级分子的远场指纹检测的许多应用的期望。
2016-06-30 physics.optics
Broadband coherent Raman scattering spectroscopy at 50,000,000 spectra/s
研究通过开发基于锁模Yb光纤激光器的时间拉伸相干拉曼散射光谱学系统，将测量速率提升至50 MSpectra/s，较先前技术提高500倍，实现了对有机化合物分子指纹区的高效宽带激发与灵敏检测。
2023-05-08 physics.optics
Broadband coherent Raman spectroscopy based on single-pulse spectral-domain ghost imaging
本文提出将非线性光谱鬼成像与时间拉伸色散傅里叶变换光谱相结合，利用随机超连续谱和单像素探测器实现微秒级、13 cm⁻¹分辨率的宽带CARS光谱重建。
2025-07-22 physics.optics
Colloidal Titanium Nitride Nanobars for Broadband Inexpensive Plasmonics and Photochemistry from Visible to Mid-IR Wavelengths
开发具有高载流子密度的胶体等离子体纳米材料，其显示从可见光到中红外（MIR）范围的光共振和光化学活性仍然是一个具有挑战性的追求。在这里，我们报告的氮化钛（TiN）纳米棒的制造使用两个步骤的基础上的湿化学路线合成的TiO 2纳米线和随后的高温退火氨流。所得TiN纳米棒的电磁模拟揭示了一组丰富的光学共振，其特征在于横向，纵向和混合横向纵向等离子体激元模式，覆盖从可见光到MIR区域的能量。修饰有Pt助催化剂纳米晶体的TiN纳米棒在940 nm处的近红外激发下由于增强的热电子产生而显示出与相似尺寸的各向同性TiN纳米球和TiN纳米立方体相比增强的光催化析氢活性。我们还表明，等离子体TiN纳米棒可用于检测糠醛分子的振动，通过提供一个强大的表面增强红外吸收（SEIRA）的影响，在MIR区域。
2022-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multilayer black phosphorus as broadband saturable absorber for pulsed lasers from 1 to 2.7 μm wavelength
寻找覆盖近红外到中红外波段的宇宙可饱和吸收体引起了广泛的兴趣。多层黑磷，具有可变的直接带隙（0.3-2 eV）取决于层数，成为一个很好的选择作为宇宙可饱和吸收体的脉冲激光。在这篇论文中，我们首次从实验上证明了多层黑磷在1 μm到2.7 μm波长范围内的宽带可饱和吸收。以所制备的黑磷纳米片作为可饱和吸收体，分别实现了1.03 μm、1.93 μm、2.72 μm波长的体激光器的稳定调Q运转。与大带隙半导体过渡金属二硫属化物（例如MoS 2、MoSe 2）相比，多层黑磷由于其窄的直接带隙而在长波长范围显示出特别的优势。这项工作将打开黑磷在中红外光谱区的光电应用前景，并进一步证明BP可能填补零带隙石墨烯和大带隙TMD之间的空白。
2015-08-19 physics.optics
High Coherence Mid-Infrared Dual Comb Spectroscopy Spanning 2.6 to 5.2 microns
中红外双梳光谱在要求高分辨率、高精度、高信噪比和高速度的应用中有可能取代传统的高分辨率傅里叶变换光谱。到目前为止，双梳光谱在中红外已被限制到窄的光学带宽或低信噪比。使用数字信号处理和波导中的宽带频率转换的组合，我们展示了一个中红外双梳齿光谱仪，可以测量梳齿分辨光谱的倍频程的带宽在中红外从2.6-5.2 $μ$ m亚MHz的频率精度和准确度，光谱信噪比高达6500。作为示范，我们测量的高度结构化，宽带截面的丙烷（C3 H8）在2860-3020 cm-1区域，复杂的相位/振幅谱的羰基硫（COS）在2000至2100 cm-1区域，和复杂的光谱的甲烷，乙炔，乙烷在2860-3400 cm-1区域。
2017-09-20 physics.optics
High-power broadband laser source tunable from 3.0 um to 4.4 um based on a femtosecond Yb:fiber oscillator
我们描述了一个可调谐宽带中红外激光源的基础上的差频混合的100 MHz的飞秒Yb：光纤激光振荡器和拉曼位移孤子产生的相同的激光。所得到的光在3.0 μ m到4.4 μ m范围内可调谐，半高宽带宽为170 nm，最大平均输出功率高达125 mW。该源的噪声和相干特性也进行了研究和描述。
2011-09-12 physics.optics
Widely-tunable mid-IR frequency comb source based on difference frequency generation
我们报道了一种具有前所未有的可调谐性的中红外频率梳源，其覆盖了整个3-10 μm的分子指纹区域。该系统基于151 MHz Yb光纤频率梳泵浦GaSe晶体产生差频，并在高非线性悬芯光纤中产生拉曼频移孤子。在4.7 μm波长下，平均功率达到1.5 mW。
2012-03-12 physics.optics
Mid-infrared frequency comb spanning an octave based on an Er fiber laser and difference-frequency generation
我们描述了一个相干的中红外连续光源与700 cm-1的可用带宽，很容易在600 - 2500 cm-1（4 - 17 \mum），从而覆盖了大部分的红外“指纹”分子振动区域内调谐。它是基于非线性频率转换的GaSe使用一个紧凑的商业100 fs脉冲Er光纤激光系统提供两个放大的近红外光束，其中一个扩大了非线性光纤。所得到的1 mW准连续功率的准直中红外连续光束表示具有零载波包络相位的相干红外频率梳，包含约500，000个模式，这些模式是40 MHz的脉冲重复率的精确倍数。该光束的衍射极限性能使远距离光谱探测以及经典和超分辨近场显微镜的最大可聚焦性成为可能。应用程序也预见在瞬态化学现象的研究，甚至在超快泵探测规模，并在高分辨率气体光谱，例如呼吸分析。
2012-03-22 physics.optics quant-ph
Advances in mid-infrared spectroscopy enabled by supercontinuum laser sources
超连续谱光源是一种全光纤脉冲激光驱动系统，可在超宽带光谱范围内提供高功率谱密度。通过线性和非线性过程的复杂相互作用，产生宽带，明亮和光谱平坦的超连续谱的定制过程最近已被进一步推向更长的波长，并已发展到足以进入中红外（中红外）光谱领域。在这项工作中，我们回顾了这项技术的现状和前景，提供类似激光的发射特性和瞬时宽带光谱覆盖范围可比的热发射器。我们的目标是超越文献综述。因此，我们首先讨论了超连续谱源的基本原理，然后提供了一个实验部分，重点是量化和分析的固有发射特性，如典型的功率谱密度，亮度水平，光谱稳定性和光束质量（尽作者所知，M2因子的中红外超连续谱源的特点是第一次）。在此基础上，我们确定了这些替代发射器在中红外光谱方面的关键竞争优势，而不是最先进的技术，如热源或量子级联激光器。超连续谱辐射的特性为改进中红外光谱学中的成熟技术开辟了前景，并引发了新的分析方法和仪器的发展。最后，审查结构化的总结，在各种常规的中红外光谱方案，受益于使用超连续谱源的最新进展和应用。
2021-12-17 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Multiple Tunable Hyperbolic Resonances in Broadband Infrared Carbon-Nanotube Metamaterials
利用真空过滤法制备的定向排列、密集堆积的碳纳米管超材料是一种新兴的红外纳米光子材料。我们报告多个双曲等离子体共振，一起跨越中红外线，在个别共振器由对齐和密集包装的碳纳米管。在第一近场扫描光学显微镜（NSOM）成像研究的纳米管超材料谐振器，我们观察到不同的深亚波长场分布在基本和高阶谐振频率。纳米管超材料的晶圆级面积使我们能够将这种近场成像与许多谐振器阵列的缩放特性的系统远场光谱研究相结合。彻底的理论建模与这些测量结果一致，并将谐振识别为双曲波导模式的高阶Fabry-Pérot（FP）谐振。纳米管谐振器阵列在1.5-10 μm范围内表现出宽带消光，在3-5 μm的大气透明窗口内表现出可逆的可切换消光。支持多谐振模式的宽带碳纳米管超材料是超紧凑吸收体、可调谐热发射器和中红外宽带传感器的有希望的候选者。
2020-07-04 physics.app-ph physics.optics
