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
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-compact graphene plasmonic photodetector with the bandwidth over 110GHz
石墨烯基光电探测器利用石墨烯的高载流子迁移率和宽带吸收，近年来发展迅速。然而，它们在响应度和带宽方面的性能仍然受到弱的光-石墨烯相互作用或大的阻容积的限制。在这里，我们展示了一个波导耦合集成石墨烯等离子体光电探测器上的绝缘体上硅平台。利用等离子体增强的石墨烯-光相互作用和光能的亚波长限制，我们提出了一种小尺寸的石墨烯-等离子体光电探测器，其带宽超过110 GHz，固有响应率为360 mA/W。由于石墨烯独特的电子能带结构及其超宽带吸收，可以预期工作波长范围超过中红外，并可能更远。我们的研究结果表明，石墨烯与等离子体激元器件的结合具有很大的潜力，实现超紧凑和高速光电子器件的石墨烯基光互连。
2018-12-07 physics.app-ph 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
Analog FM free-space optical communication based on a mid-infrared quantum cascade laser frequency comb
量子级联激光频率梳是当今备受赞赏的红外光谱源。在这里，他们的自由空间光通信的适用性证明。频率梳的自发产生的模态间拍音被用作通过频率调制传输模拟信号的载体。利用4 $μ$ m处的大气透明窗口，实现了信噪比高达65 dB的光通信，调制带宽为300 kHz。该系统容许的最大光衰减超过35分贝。一个独立的数字信号通过幅度调制在5 MS/s的并行传输的可能性也被证明。
2021-09-14 physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared quantum cascade laser frequency combs based on multi-section waveguides
我们提出了量子级联激光器（QCL）频率梳器件与工程波导管理的色散。QCL波导由具有不同波导宽度的多个部分组成。波导的窄段和宽段被设计成补偿彼此的群速度色散（GVD），从而为QCL产生平坦且略微负的GVD。QCL在激光器的大部分动态范围内表现出连续的梳状操作。在300 mA以上的宽工作电流范围内实现了强而窄线宽的模间拍音。梳状器件还具有相当高的输出功率（>380 mW）和宽的光学带宽（>55 cm-1）
2020-10-27 physics.app-ph physics.optics
Waveguide-Integrated Mid-Infrared Photodetection using Graphene on a Scalable Chalcogenide Glass Platform
紧凑型和可现场应用的中红外（mid-IR）光谱设备的发展代表了从气体泄漏检测到环境监测的分布式传感的关键挑战。最近的工作集中在中红外光子集成电路（PIC）传感平台和波导集成的中红外光源和探测器的基础上的半导体，如碲化铅，黑磷和碲。然而，材料带隙和对SiO $_2$衬底的依赖性将操作限制在波长$λ\lesssim4\,μ\textrm{m}$。在这里，我们克服了这些挑战与硫族玻璃上的CaF $_2$ PIC架构，结合分裂栅光电热电石墨烯光电探测器。我们的设计扩展到$λ=5.2\,μ\textrm{m}$的约翰逊噪声限制噪声等效功率为$1.1\,\mathrm{nW}/\mathrm{Hz}^{1/2}$，光响应没有下降到$f = 1\,\mathrm{MHz}$，预测的3 dB带宽为$f_{3\textrm{dB}}>1\,\mathrm{GHz}$。该中红外PIC平台易于扩展到更长的波长，并为从分布式气体传感和便携式双梳光谱到耐候自由空间光通信的应用打开了大门。
2021-12-29 physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared quantum cascade laser frequency combs with a microstrip-like line waveguide geometry
在这项工作中，一个中红外量子级联激光器（QCL）频率梳源的设计，提高了高频响应和梳特性的设备。一个国家的最先进的有源区（AR），生长在重n掺杂的InP：Si衬底上，被加工成一个微带线波导掩埋异质结构。结果，大约11.09 GHz的重复率频率$f_{rep}$可以被锁定到注入的窄线宽射频（RF）信号，在大于200 kHz的范围内，注入功率为-10 dBm，这比普通的掩埋异质结构方案好一个数量级。此外，在高于20 dBm的功率下的RF注入下，激射光谱被平坦化并且显著加宽，带宽从24 $cm^{-1}$增加到65 $cm^{-1}$，而同时梳状的相干性被保持和验证。
2020-12-18 physics.app-ph 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
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
Time-resolved mid-infrared dual-comb spectroscopy
双梳光谱技术可以在短时间内提供宽光谱带宽和高光谱分辨率，从而实现时间分辨测量。具体地说，中红外波长范围内的光谱是特别感兴趣的，因为大多数分子在这个“指纹”区域具有最强的旋转-振动跃迁。本文首次报道了时间分辨中红外双梳光谱技术，其光谱分辨率为6 GHz，时间分辨率为20 μs，带宽约为3.3 μm，带宽约为300 nm。作为示范，我们研究了CH 4/He气体混合物中的放电，而放电调制之间的黑暗和辉光制度。我们同时监测C2 H6的生产和CH 4分子的振动激发，观察这两个过程的动力学。这种宽带、高分辨率和时间分辨中红外光谱的方法为监测快速化学反应的动力学提供了一种新的工具，在物理化学和等离子体/燃烧分析等各个领域具有潜在的应用。
2019-08-02 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Photoacoustic spectroscopy of NO$_2$ using a mid-infrared pulsed optical parametric oscillator as light source
本文介绍了一种光声（PA）传感器，用于常温常压下NO $_2$ -N $_2$的光谱测量。PA传感器由纳秒脉冲单模中红外（MIR）光学参量振荡器（OPO）谐振泵浦。在3.25 $μ$ m至3.55 $μ$ m波长范围内，以5 cm $^{-1}$的分辨率带宽和1.6 ppmV（$μ$ mol/mol）的Single Shot检测限对NO $_2$ -N $_2$进行光谱测量。以300 ml/min的恒定流速进行测量，从而证明了气体传感器用于实时痕量气体测量的适用性。将获得的光谱与Hitran数据库中的数据进行比较，发现具有良好的一致性。Allan偏差分析表明，PAS传感器在最佳积分时间的检测限为14 ppbV（nmol/mol），积分时间为170秒，对应于归一化噪声等效吸收（NNEA）系数为3.3 $\times 10^{-7}$ W cm $^{-1}$ Hz $^{-1/2}$。
2017-12-12 physics.app-ph physics.optics
Tunable dual-comb spectrometer for mid-infrared trace gas analysis from 3 to 4.7 μm
双频梳状光谱学已经成为一种具有高分辨率的宽跨度光谱测量的突破性技术，为敏感的多组分气体分析提供了一种特别强大的技术。我们提出了一种基于双电光梳的光谱仪系统，随后通过可调差频产生转换为中红外，工作范围为3至4.7 $μ$ m。同时记录的带宽高达454（1）GHz，信噪比可达到7.3（2）x 10 $^2$ Hz $^{-1/2}$。该转换在3 s测量时间内保持了双梳的相干性。在3.3 $μ$ m处测量5 ppm甲烷、在3.9 $μ$ m处测量100 ppm一氧化二氮以及在4.5 $μ$ m处测量15 ppm一氧化碳和5%二氧化碳的混合物的浓度，2 s测量时间后平均相对精度为1.4%。经测定，噪声等效吸光度小于4.6（2）x 10 $^{-3}$ Hz $^{-1/2}$。
2021-04-22 physics.app-ph physics.optics
Mid-Infrared Photon-Pair Generation in AgGaS$_2$
我们证明了非简并光子对产生的自发参量下转换在银镓硫化物AgGaS $_2$晶体。通过调谐泵浦波长，我们实现了在一个大的光谱范围内的相位匹配。这允许产生在6 $μm$波长以上的中红外光谱范围内的闲频光子，其中相应的信号光子在可见光中。此外，我们显示光子对产生的宽光谱带宽。这些结果是朝着中红外量子成像和传感技术的发展迈出的有价值的一步。
2021-10-11 physics.optics
Guided Mid-IR and Near-IR Light within a Hybrid Hyperbolic-Material/Silicon Waveguide Heterostructure
硅波导使近红外光信号在芯片上的大规模操纵和处理成为可能。然而，将导波的带宽扩展到其他频率将进一步增加硅作为光子平台的功能。通过集成附加架构的频率复用是解决该问题的一种方法，但是由于随着自由空间波长的缩放，在现有形状因子内设计和集成是具有挑战性的。在这里，我们证明了六方氮化硼（hBN）/硅混合波导可以使双波段操作在中红外（6.5-7.0微米）和电信（1.55微米）频率，分别。我们的设备是通过光刻免费转移hBN到硅波导上，保持近红外操作，而中红外波导的双曲声子极化激元（HPhPs）在hBN是由硅波导和周围的空气之间的折射率对比引起的，从而消除了对有害的hBN蚀刻的需要。我们验证的行为HPhP波导在直线和弯曲的轨迹，并验证其传播特性的分析波导理论框架内。这种方法是一种基于双曲介质与硅光子学相结合的可推广的方法，用于在片上光子系统中实现频率复用。
2020-06-12 physics.app-ph physics.optics
Versatile photoacoustic spectrometer based on a mid-infrared pulsed optical parametric oscillator
我们证明了纳秒脉冲单模中红外（MIR）光参量振荡器（OPO）的光声（PA）光谱测量的有用性。信号和闲频的最大波长范围分别为1.4 μ m至1.7 μ m和2.8 μ m至4.6 μ m，MIR输出功率高达500 mW。使OPO可用于不同的光谱PA痕量气体测量，目标是环境监测和呼吸气体分析的主要市场机会。我们进行光谱测量甲烷（CH 4），二氧化氮（NO2）和氨（NH 3）在2.8 μ m至3.7 μ m的波长范围。以300 ml/min的恒定流速进行测量，从而证明了气体传感器用于实时痕量气体测量的适用性。将获得的光谱与Hitran数据库中的数据进行比较，发现具有良好的一致性，表明分辨率带宽为1.5 1/cm。Allan偏差分析表明，PA传感器在最佳积分时间下的甲烷检测限为8 ppbV（nmol/mol），积分时间为105秒。
2018-12-10 physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared frequency comb with 25 pJ threshold via CW-seeded optical parametric generation in nonlinear waveguide
我们证明了在非线性波导中基于连续波种子飞秒光参量产生的中红外频率梳的有效产生。近红外泵浦光到信号光和闲频光的转换效率非常高（74%），阈值（25 pJ）比体模拟物低300倍以上。中红外梳的相对强度噪声非常低，低于5*10-5（检测器限制，从10 Hz到2 MHz积分）。此外，通过超连续谱产生获得的宽带泵浦驱动过程，可以增加中红外带宽。
2021-08-15 physics.optics
High-Power Mid-IR Few-Cycle Frequency Comb from Quadratic Solitons in an Optical Parametric Oscillator
在中红外（MIR）光谱区域中的强大且高效的光学频率梳对于广泛的应用是高度期望的。尽管利用各种技术进行了广泛的努力，但MIR频率梳源仍然缺乏用于许多应用的功率、效率或带宽。在这里，我们报告了一个内在锁定的频率梳状源的产生中心为4.18 μm的光学参量振荡器（OPO）工作在simulton制度，其中纯二次孤子的形成导致增强的性能。我们显示的优势，在直接的实验比较，传统的制度，这也是支持模拟和理论的操作在模拟制度。我们实现了565 mW的平均功率，900 nm的瞬时3 dB带宽，350%的斜率效率，和44%的转换效率，性能优于以前的OPO演示和其他来源在这个波长范围内。这项工作开辟了一个新的途径，以MIR频率梳产生高功率和效率，并建议孤子产生的巨大潜力的基础上二次非线性在MIR光谱区。
2022-08-21 physics.optics
Nanophotonic supercontinuum based mid-infrared dual-comb spectroscopy
分子振动吸收的高分辨率和快速检测对于有机合成、制药过程和环境监测是重要的，并且通过经由双梳光谱的中红外（mid-IR）激光频率梳来实现。在这里，我们展示了一种新颖且高度简化的方法，通过超连续谱产生实现宽带中红外双梳光谱，该方法使用前所未有的纳米光子色散工程来实现，该工程允许平坦包络、超宽带中红外梳谱。中红外双梳具有覆盖2800-3600 1/cm的官能团区域的瞬时带宽，包括超过100，000条梳线，能够以高灵敏度、光谱分辨率和速度进行并行气相检测。除了传统的功能团，他们的同位素也解决了基于超连续谱的双梳光谱。我们的方法结合了成熟的光纤激光梳，数字相干数据平均和集成非线性光子学，每一个本身都是最先进的技术，标志着中红外双梳光谱的出现，可在受保护的实验室环境之外使用。
2019-08-02 nlin.PS physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared dual comb spectroscopy via continuous-wave optical parametric oscillation
本文提出利用连续波光学参量振荡器将近红外飞秒频率梳转换为4-5微米中红外双光梳，实现高相干性、每梳齿数百微瓦功率及吉赫兹级重复频率，为化学动力学、遥感和精密光谱等应用提供稳健灵活的方案。
2025-02-06 physics.ins-det physics.optics
Mid-infrared temporal ghost imaging via two-photon structured encoding
East China Normal University（华东师范大学）；Chongqing Institute of East China Normal University（华东师范大学重庆研究院）；Shanxi University（山西大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Guangyang Bay Laboratory
本文提出了一种基于非退化双光子吸收的宽带中红外时间鬼成像系统，实现了超快信号重建，提高了检测灵敏度和压缩感知能力，适用于分子光谱学、高精度红外测距和高速自由空间通信。
2026-05-21 physics.optics
GHz-bandwidth InAs/InAsSbP barrier infrared detectors for the 3.0-3.7 μm spectral region operating at room temperature
Wroclaw University of Science and Technology（弗罗茨瓦夫科技大学）；Photin sp. z o.o（Photin有限公司）；Institute of Applied Physics, Military University of Technology（军事理工大学应用物理研究所）
本文报道了一种InAs/InAsSbP nBp势垒探测器，在室温下实现2.4 GHz电带宽和19 GHz以上高频探测，为3.0-3.7 μm波段提供了高速、灵敏的解决方案。
2026-06-17 physics.optics
Mid-infrared pulse generation via achromatic quasi-phase-matched OPCPA
提出了一种基于消色差准相位匹配的中红外光参量啁啾脉冲放大（OPCPA）新方法。我们的中红外OPCPA系统是基于共线非周期极化锂酸盐（APPLN）前置放大器和非共线PPLN功率放大器。闲频输出具有以3.4 $μ$ m为中心的800 nm带宽。压缩后，我们得到的脉冲宽度为44.2 fs和脉冲能量为21.8 $μ$ J，重复频率为50 kHz。我们解释了我们使用的非共线QPM放大方案的广泛适用性，包括当与非周期性QPM光栅结合时，它如何能够在单个器件中实现倍频程跨越OPCPA。
2014-06-13 physics.optics
Robust design of Si/Si3N4 high contrast grating mirror for mid-infrared VCSEL application
设计了一种用于中红外（λ = 2.65 $μ$ m）VCSEL集成的Si/Si_3 N_4高对比度光栅反射镜。使用最大化VCSEL反射镜品质因数的优化算法允许在保持大而浅的光栅图案的同时调整光栅参数。由于对光栅尺寸公差的精确研究，相对于制造误差的鲁棒性得到了增强。最终的反射镜具有大的高反射率带宽，具有偏振选择性和光栅尺寸的几个百分比的公差。
2012-05-03 physics.optics
Mid-infrared supercontinuum generation in tapered chalcogenide fiber for producing octave-spanning frequency comb around 3 μm
我们展示了中红外（mid-IR）超连续谱产生（SCG），其瞬时带宽为2.2至5 μm，低于峰值40 dB，覆盖了分子光谱学和许多其他应用所需的波长范围。SCG发生在一个锥形的As 2S 3光纤制备的原位拉锥和飞秒脉冲泵浦的锁模掺铒光纤激光器的次谐波。窄线宽干涉。激光验证了近红外频率梳的相干特性通过这些级联的非线性过程得到了保留。利用这种方法，稳定的宽中红外频率梳可以从商业上可获得的近红外频率梳导出，而无需额外的稳定机制。
2012-08-21 physics.optics
An octave spanning mid-infrared frequency comb generated in a silicon nanophotonic wire waveguide
我们展示了一个倍频程跨越频率梳的光谱覆盖波长从1,540 nm到3,200 nm。超连续谱是通过用70 fs的脉冲以仅15 pJ的能量泵浦1cm长的色散工程硅线波导而产生的。我们确认的相位相干性的输出光谱拍超连续谱与窄带连续激光。我们表明，实验结果与数值模拟一致。
2014-05-16 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
Generation of 70-fs pulses at 2.86 μm from a mid-infrared fiber laser
我们提出并证明了一个简单的路线，从中红外光纤激光器通过非线性压缩的脉冲从一个掺钬光纤振荡器，使用短长度的硫族化物光纤和光栅对的几个光周期的脉冲产生。从振荡器输出的2.86 μm脉宽为265 fs的脉冲在阶跃折射率As_2S_3光纤中通过自相位调制被展宽到141 nm的带宽，然后再被压缩到70 fs（7.3个光周期）。这些是迄今为止中红外光纤系统的最短脉冲，我们注意到我们的系统紧凑，坚固，并且只使用商用组件。这种方法的可扩展性进行了讨论，支持数值模拟。
2017-11-26 physics.optics
Few-cycle mid-infrared pulses from BaGa2GeSe6
BGGSe是一种新型的非线性材料，由于其极低的色散和高的损伤阈值，在超宽带混频和超短脉冲产生方面具有很大的应用前景，在第一个实验中，我们发现2.6 mm长的晶体在100 MHz处产生21 pJ的脉冲能量，其光谱带宽为5.8 ~ 8.5 μ m。利用电光采样直接测量了载波包络相位稳定脉冲的电场，并揭示了91 fs的脉冲持续时间，其对应于亚四个光学周期，从而证实了该材料用于超短脉冲产生和中红外光谱的一些前景。
2021-06-22 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
Optimized Si/SiO2 high contrast grating mirror design for mid-infrared wavelength range: robustness enhancement
采用自动优化算法设计了一种高反射率、高对比度的偏振选择光栅反射镜。通过对结构不同长度公差的精确研究，相对于制造误差的鲁棒性已被增强到5%至210%之间的高公差值。结构尺寸的这种调整导致250 nm大带宽反射镜很好地适用于λ= 2.65 $μ$ m的VCSEL应用，并且可以容易地缩放用于其他波长。
2011-11-17 physics.optics
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
Graphene thermal infrared emitters integrated into silicon photonic waveguides
本文提出将石墨烯热红外发射器集成到硅光子波导中，通过近场耦合直接激发波导基模，实现了高达68%的耦合效率，为中红外光子集成电路提供了低成本、易集成的宽带光源方案。
2023-08-08 physics.app-ph physics.optics
Mid-infrared single-photon computational temporal ghost imaging
East China Normal University（华东师范大学）；Chongqing Institute of East China Normal University（华东师范大学重庆研究院）；Shanxi University（山西大学）；Shanghai Research Center for Quantum Sciences（上海量子科学研究中心）；Guangyang Bay Laboratory
提出并实现一种基于非线性光学转换的计算时域鬼成像系统，利用近红外调制器和探测器实现中红外瞬态波形的高速高灵敏度重建，时间分辨率达80 ps，单光子灵敏度低于0.1光子/比特，并通过压缩感知实现亚奈奎斯特采样。
2026-05-25 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
Decadal bandwidth phase matching for frequency resolved optical gating from the near to the long wavelength infrared
超快激光脉冲使研究极端非线性过程成为可能。然而，这些实验中的许多需要电场的完全表征，这通常需要单独的参数光学过程。随着新光源的中心波长范围不断增加，对适合表征这些不同波长的非线性晶体的需求也在增加。在这里，我们报告使用多晶硒化锌作为一个通用的非线性晶体的频率分辨光学选通表征技术，从近到长波长的红外，能够相位匹配的二次谐波产生和频率产生超过十年的带宽，以及超宽带脉冲，所有这些都是晶体取向和输入偏振无关。由于大多数超快激光源都在这个波长范围内，这项工作展示了一种大大简化的方法，可以在中长波长红外线中进行超快脉冲表征。
2022-12-06 physics.optics
Three-dimensional mid-infrared photonic circuits in chalcogenide glass
本文报道了用激光直写方法在硫系硫化物玻璃上制备全中红外透明单模埋沟波导。我们已经探索了这种技术的潜力，通过制造一个原型的三维三光束组合器的未来应用在恒星干涉测量，它提供了一个单色干涉可见度为99.89%，在10.6 \mum，和一个单色带宽（3-11 \mum）的干涉可见度为21.3%。这些结果表明，有可能通过直接激光写入在单个芯片上仪器上利用硫属玻璃提供的整个透明度范围，这一发现可能在未来的技术中具有关键意义，如天体光子学和生物化学传感。
2011-12-12 physics.optics
Self-compression to sub-3-cycle duration of mid-infrared optical pulses in bulk
在中红外光谱区域产生具有受控波形的几个周期脉冲是一个长期存在的挑战，但预计将实现新一代高场物理实验，揭示复杂的物理现象。这种光脉冲的成功产生受到承受中红外中的几个周期脉冲所需的巨大光谱宽度的限制，所述中红外中的几个周期脉冲与在这样的宽带宽上严格控制光谱相位的需要相关。在此，我们首次在体材料中利用反常色散区的自压缩，实现了中心波长为3.1 μm的亚三周期光脉冲。从这种紧凑而高效的自压缩装置中产生的脉冲可以聚焦到超过100 TW/cm ^2的强度，这是一个适合高场物理实验的范围。我们的实验结果证实了使用三维非线性传播代码的数值模拟，因此提供了有关过程的理论见解。
2013-04-22 physics.optics
Mid-infrared sub-wavelength grating mirror design: tolerance and influence of technological constraints
比较了适用于VCSEL集成的大带宽、高偏振选择性Si/SiO2中红外亚波长光栅反射镜。这些反射镜已被自动设计为在λ= 2.3 $μ$ m的操作，通过优化算法，最大化一个专门定义的品质因数。与光栅制造过程中的几个技术约束已被施加在优化算法和它们对反射镜的光学性能的影响进行了评估。此外，通过对不同尺寸的结构的公差计算，相对于制造误差的鲁棒性进行了测试。最后，看来反射镜的光学性能的增加强加了具有更严格的技术约束的更少公差的设计，从而导致对制造过程的更严格控制。
2011-12-01 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
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
Towards intense single-digit attosecond pulses with a 100-mJ-class mid-infrared sub-cycle laser
本研究展示了一台100 mJ级亚周期中红外激光器，通过高次谐波产生技术，为高能量单数字阿秒软X射线脉冲的生成提供了决定性进展。
2025-10-31 physics.app-ph physics.atm-clus physics.optics
Mid-infrared upconversion spectroscopy based on a Yb:fiber femtosecond laser
我们提出了一个系统的分子光谱使用宽带中红外激光与近红外检测。Yb光纤飞秒激光器的差频产生了一个中红外（MIR）光源，可在2100-3700 cm^-1（2.7-4.7微米）范围内调谐，平均功率高达40 mW。使用二维色散成像技术将MIR光谱上转换为用于宽带检测的近红外波长。吸收测量的带宽为240 cm^-1（7.2 THz），分辨率为0.048 cm^-1（1.4 GHz），绝对频率标度不确定度优于0.005 cm^-1（150 MHz）。通过在低压CH_4中的测量，每个光谱元件的最小可检测吸收系数被确定为4.4 x 10^-7 cm^-1，导致检测限为2 ppm。该系统的光谱范围，分辨率和频率的准确性显示承诺的气体混合物中含有窄和宽的重叠光谱特征的痕量浓度的测定，我们证明了这在空气和溶剂样品的测量。
2011-08-03 physics.optics
Mid-Infrared Optical Frequency Combs based on Crystalline Microresonators
中红外光谱范围（2至20 μm）对于化学、生物学和物理学特别重要，因为许多分子表现出强烈的振转指纹。频率梳-由等间距的尖锐线组成的宽光谱带宽相干光源-正在为先进的光谱学创造新的机会。中红外频率梳状源最近已经出现，但仍然面临技术挑战，如实现例如直接梳状光谱所需的每梳状线的高功率和数十GHz的线间距。在这里，我们展示了一种新的方法来创建这样的频率梳通过四波混频在连续波泵浦超高Q值晶体微谐振器由氟化镁制成。仔细选择谐振器材料和设计使得在中红外线中产生宽梳状窄线成为可能：在λ=2.5 μm处，约100条线间隔100 GHz，跨越200 nm（~10 THz）。这种新型的频率梳光源具有结构紧凑、转换效率高、模间距大和单梳线功率高等特点，有望成为中红外分子光谱研究的新方法。
2012-03-12 physics.optics
Simple method for mid-infrared optical frequency comb generation with dynamic offset frequency tuning
本文提出一种以连续波激光器为种子、基于单程飞秒光学参量生成的简单方法，在周期性极化铌酸锂晶体中实现3325-4000 nm可调谐的完全稳定中红外频率梳，无需直接检测CEO频率即可实现动态调谐，输出功率高达700 mW且噪声极低。
2020-11-30 physics.optics
Nonlinear Generation, Compression and Spatio-Temporal Analysis of GV/cm-Class Femtosecond Mid-Infrared Transients
本研究利用3 kHz薄盘再生放大器泵浦二阶非线性混频，结合自相位调制突破参量下转换的效率-带宽限制，产生场强超330 MV/cm的45 THz飞秒中红外瞬态，并在亚周期尺度研究孤子自压缩与超连续谱。
2023-10-10 physics.optics
Engineering the spectral bandwidth of quantum cascade laser frequency combs
量子级联激光器（QCL）促进了在中红外和太赫兹光谱区域中操作的紧凑型光学频率梳源，其中许多分子具有其基本吸收线。提高这些芯片大小的激光器的光学带宽对于解决其在宽带高精度光谱中的应用至关重要。在这项工作中，我们提供了一个数值和实验研究的梳状光谱宽度，并显示如何可以优化，以获得其最大值定义的激光增益带宽。共振克尔非线性和腔色散的非最佳值的相互作用可以导致梳状谱的显着变窄，并揭示了色散补偿的最佳方法。高镜损耗的实施被证明是有利的，并导致扩散的梳状边模。最终，通过在往返频率周围调制激光器偏置的QCL的注入锁定提供了稳定的外部旋钮以控制FM梳状状态并恢复解锁激光器状态的最大光谱宽度。
2021-03-07 nlin.PS physics.optics
Multi-octave supercontinuum from mid-IR filamentation in bulk
在超连续谱产生中，各种传播效应结合起来产生了具有深远可能性的强超短光脉冲的显著光谱展宽。不同的应用对光源特性提出了高度不同和具有挑战性的要求，例如从紫外（UV）到可见光（VIS）到近红外（NIR）和中红外（MIR）的光谱覆盖范围。对于许多应用而言，发射到发射的可重复性、高光谱能量密度、不存在复杂或非确定性脉冲分裂也是必不可少的。在这里，我们提出了一个“多合一”的解决方案，第一个超连续光谱在批量覆盖最宽的带宽从刚刚超过紫外线远到中红外线。该光谱跨越三个以上的倍频程，具有高光谱能量密度（每纳米3 pJ至10 nJ），具有高的逐次再现性，并且是载波到包络相位（CEP）稳定的。我们的方法，基于飞秒MIR脉冲在反常色散制度的激励，允许一类新的简单和紧凑的超连续谱源。
2011-10-25 physics.optics
Pulses from a mid-infrared quantum cascade laser frequency comb using an external compressor
利用Martinez型展宽压缩器对8.2 μm波长、带宽大于100 cm-1的高功率（~1 W）QCL梳状光进行了相位修正。使用该方案，我们演示了压缩的QCL输出从134 ps的连续波波形，到一个训练的脉冲宽度为12 ps，和功率与峰均比为40.7。对自激器件相位噪声的评估得出，在20 kHz - 100 MHz频率范围内，积分定时抖动为335 fs，脉冲间抖动为2.0 fs。
2019-05-14 physics.optics
Ultra-wideband electrically-tuned mid-infrared on-chip parametric oscillator
E.L. Ginzton Laboratory, Stanford University（斯坦福大学 E.L. 金斯顿实验室）
本文提出一种片上集成的非线性光子器件，通过电控方式将固定波长的近红外泵浦激光转换为可调谐的中红外光，实现了22 THz多毫瓦级的连续波输出，适用于环境、化学和生物传感。
2026-04-08 physics.optics
Integrated tunable mid-infrared electro-optic frequency comb generator based on nonlinear conversion
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
提出基于薄膜铌酸锂非线性频率转换的中红外电光频率梳源，通过双通相位调制和差频生成实现中心波长调谐超200 nm、带宽约6 nm，首次实现集成中红外电光梳的独立电子控制。
2026-06-29 physics.optics
Chalcogenide-glass polarization-maintaining photonic crystal fiber for mid-infrared supercontinuum generation
本文报道了一种由硫系玻璃制成的高双折射保偏光子晶体光纤（PM-PCF）的设计和制备，及其在中红外线偏振超连续谱（SC）产生中的应用。PM光纤使用铸造方法从As 38 Se 62玻璃拉制，其特征在于透射窗口为2至10 $μm$，高非线性指数为1.13.10 $^{-17}$ m $^{2}$ W $^{-1}$。其具有约4.5 $μm$的零色散波长，并且在该波长处，预期6.10 $^{-4}$的大双折射和因此强的偏振保持特性。使用这种光纤，我们实验证明了超连续谱产生跨度从3.1 - 6.02 $μm$和3.33 - 5.78 $μm$使用飞秒泵浦在4 $μm$和4.53 $μm$，分别。我们进一步研究了超连续谱带宽与输入泵浦偏振角的关系，并与基于两个耦合的广义非线性薛定谔方程的双偏振模型的数值模拟结果吻合得很好。
2019-05-14 physics.optics
Mid-infrared frequency combs
激光频率梳是相干光源，其发射由离散的、均匀间隔的窄线组成的宽光谱，每个窄线具有在原子钟的精度内可测量的绝对频率。十年前，它们在近红外和可见光领域的发展彻底改变了频率计量学，并为天文学或阿秒科学等其他领域带来了许多意外之财。目前正在探索将频率梳技术推广到中红外光谱区。基于新型激光增益介质、非线性频率转换或微谐振器的多功能中红外频率梳发生器有望大大扩展频率梳的应用领域。特别是，在指纹区域的分子光谱学的新方法，具有显着提高的精度，灵敏度，记录时间和/或光谱带宽可能会引发新的发现，在各个领域相关的分子科学。
2012-05-15 physics.atom-ph physics.chem-ph physics.optics
Mid-Infrared Upconversion Imaging Under Different Illumination Conditions
本文建立连续光泵浦下中红外图像上转换的完整理论，分析参数对视场、分辨率、量子效率和带宽的影响，并比较相干与非相干照明的成像性能。
2023-05-18 physics.optics
