新加坡实现在可见光波段光束中探测红外波段光束

一种经济型紧凑技术可利用可见光波段光学元件分析红外波段中的样品，该技术有望彻底改变医学和材料测试。

红外光谱法可用于材料分析、取证和文物鉴定等领域，但红外光谱扫描仪体积庞大且价格昂贵。而可见光波段技术相对更经济且可在智能手机摄像头和激光笔等设备上实现使用。据麦姆斯咨询报道，新加坡A*STAR研究所Data Storage Institute（DSI）子所的Leonid Krivitsky和同事利用该思路，开发出一种“可将一束激光转换为两束相关联的低能量光束”方法：利用两光束的关联，可实现在可见光波段光束中探测红外波段光束。Krivitsky认为：“这是一款非常简单且紧凑的装置，仅用简单的光学元件即可实现，同时我们已实现了可与传统红外系统相媲美的分辨率。”

研究团队将激光投射入铌酸锂晶体，该晶体通过被称为“参数下转换”的非线性过程，将部分激光光子分裂成两束低能量的量子关联光子，其中一束在红外波段，另一束在可见光波段。在类似于迈克尔逊干涉仪（Michelson interferometer）的装置中，将三束光束分裂，并投射至反射镜将其反射回晶体。

当原始激光束重新进入晶体时，就创建了一对新的下转换光束，与第一次射入晶体产生的光束发生干涉。研究团队正是利用了这种干涉：放置在红外光束中的样品影响了第一次下转换与第二次下转换光束之间的干涉，由于红外光束与可见光光束是量子关联的，这种影响可在这两个波段的光束中被探测到。该方法不仅能通过可见光来分析红外光束的变化，而且可比传统光谱学提供更多信息。

Krivitsky说：“因为这是一种干涉测量，我们可以独立测量光束的吸收率和折射率，这是在传统红外光谱仪中无法实现的。”研究团队通过系统地改变样品在光束中的位置，能够获得更多关于样品的信息。通过这些测量，研究人员可利用光学相干断层成像技术构建样品的三维图像。Krivitsky认为：“这是一种非常有影响力的概念。这也是光谱学、成像与广泛调节波长能力的完美结合。”研究团队利用该技术可分析在1.5微米到3微米之间的四种波长中的样品，而以前分析这些波长下的样品需要复杂的激光器和探测器。

该技术的应用范围还可通过外接相应的光学元件扩展到近红外波段和远红外波段。Krivitsky说道：“据我们所知，目前还没有工作范围超出1.5微米的市场可得的光学相干层析成像系统。”