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近日，我校91免费视频 罗宇与朱松教授团队在NbOI₂晶体非线性光学领域取得重要研究突破，成功在NbOI₂晶体中实现无相位匹配、宽带且高效的多光子频率上转换，为新一代中红外探测、成像与传感技术开辟了全新路径。相关研究成果以“Mid-infrared to ultraviolet efficient multiphoton frequency upconversion in NbOI2 crystals”为题，发表于国际权威学术期刊Nature Communications。此次研究以91免费视频 为第一单位，91免费视频 朱松教授、新加坡南洋理工大学毛旋博士、湖北民族大学严淙镣博士为共同第一作者，91免费视频 罗宇教授与新加坡南洋理工大学王岐捷教授为共同通讯作者。
战略刚需遇技术死局：中红外成像卡脖子难题亟待破解
中红外成像作为捕捉分子“指纹光谱”的核心技术，在生物医学、环境监测、安防检测及国防安全等关键领域具有不可替代的战略意义——它可实现生物组织深层无损成像、环境有害气体精准监测、隐蔽目标红外识别等核心需求，是推动相关领域技术升级的重要支撑。长期以来，中红外信号探测高度依赖昂贵、低温工作的专用探测器，系统复杂、成本高昂，严重制约了中红外成像技术的普及应用与产业化发展。而采用非线性频率上转换技术，将不可见的中红外信号转换为可被硅基相机直接探测的可见光，是实现低成本、高灵敏红外成像的核心路线，更是破解中红外成像技术落地难题的关键突破口。但传统非线性材料普遍面临相位匹配条件苛刻、非线性系数低、光谱带宽窄等瓶颈，难以满足实用化中红外成像的需求，成为制约中红外成像技术向低成本、宽波段、高清晰方向发展的核心桎梏。
图1中红外上转换成像技术示意图。
NbOI₂晶体非线性性能碾压传统材料，铸就理想光学平台
针对这一关键难题，团队聚焦NbOI₂晶体开展系统性研究。该晶体具备优异的光学特性与极强的非线性光学响应，实验结果显示，其在1300 nm处二阶非线性极化率高达147 pm/V，1550 nm处三阶非线性极化率可达3×10⁻¹⁹ m²/V²，显著优于传统非线性材料，为实现高效中红外上转换提供了理想平台。
图2 NbOI₂晶体中的各向异性二次谐波（SHG）与三次谐波（THG）过程。
无相位匹配超宽谱多光子上转换，性能领跑国际顶尖平台
针对中红外成像成本高、探测难度大、普及受限的核心痛点，研究团队在实验中取得关键突破：首次在NbOI₂晶体中实现从二次谐波到十一次谐波的多光子上转换，上转换信号覆盖从中红外至紫外的超宽光谱范围，为中红外成像的低成本、宽波段实现奠定了核心基础，打破了传统成像技术的局限。尤为重要的是，该上转换过程摆脱了传统非线性光学对相位匹配的严格限制，可在1500–5000 nm宽中红外窗口内稳定实现和频产生、简并四波混频等多种非线性频率转换，其中和频转换效率高达6×10⁻⁴ W⁻¹，性能超越当前国际最先进的超表面非线性光学平台，进一步提升了中红外成像的清晰度与效率，为中红外成像在高端领域的应用提供了性能保障。
图3 NbOI₂晶体中的多光子高次谐波过程。
图4 NbOI₂晶体中用于中红外频率上转换的频率混频。
硅基相机直拍中红外，低成本高清成像照进现实
基于这一核心技术突破，研究团队成功实现室温宽带中红外上转换成像。在不使用昂贵红外探测器的前提下，仅通过商用普通硅基相机，便直接实现了2700–4000 nm波段中红外信号的清晰成像，大幅降低了红外成像系统的成本与复杂度。同时，NbOI₂具备极高的光学各向异性，二次谐波各向异性比最高可达约33，为发展高灵敏度偏振成像与探测器件提供了新可能。
图5 NbOI₂晶体中的室温宽带中红外上转换成像。
攻克行业核心痛点，开启战略领域应用新纪元
此项成果有效解决了中红外上转换中长期存在的相位匹配受限、效率不足、成像成本高等核心问题，不仅确立了NbOI₂作为新一代中红外非线性光子学平台的重要地位，更关键的是，为中红外成像技术的低成本、宽波段、高灵敏发展提供了全新解决方案，极大推动中红外成像在生物医学（如深层病灶无损检测）、环境监测（如痕量有害气体成像）、国防安全（如隐蔽目标探测）等领域的普及应用，为相关领域技术升级注入核心动力，具有重要的学术价值与重大的产业应用前景。
集成化芯片化加速落地，助力我国抢占中红外光子技术制高点
未来，通过进一步结合超表面、光子晶体等微纳结构设计，以及大面积薄膜制备技术优化，基于NbOI₂的高效上转换器件有望向集成化、芯片化、实用化快速发展，将进一步降低中红外成像系统的成本、提升成像性能，推动中红外成像技术从实验室走向产业化，为我国在中红外光子技术与高端光电装备领域的创新发展提供重要支撑，助力我国在中红外成像相关战略领域实现技术领跑。
论文链接：//www.nature.com/articles/s41467-026-70781-w
