海南大学物理与光电工程学院、理论物理研究中心康斯坦丁·多尔夫曼教授与华东师范大学合作者在国际期刊Science Advances上发表了题为 "基于非局域波长-时间映射的中红外单光子上转换光谱" 的文章。华东师范大学博士研究生蔡羽洁为第一作者，海南大学康斯坦丁多尔夫曼教授，华东师范大学陈昱副研究员、武愕教授为共同通讯作者。

图1，上：( A )非局域波长-时间映射的中红外单光子上转换光谱示意图。利用SPDC过程获得关联光子对，其中红色球代表MIR信号光子，橙色球代表NIR预报光子。从样品中传输的MIR光子被上转换到NIR波段(紫球)，以便使用成熟的硅基单光子探测器进行直接检测。此外，预报光子以较大的色散耦合到10-km的SMF中。利用色散傅里叶变换( DFT )技术将窄光脉冲(有色脉冲)的宽光谱映射为时间拉伸的时域波形。预报光子由超导纳米线单光子探测器( SNSPD )探测。( B ) 在1.18 μ m的宽光谱范围内，即使在0.21个/脉冲的低中红外光子通量下，也出现了高信噪比的符合光谱。红色曲线表示使用该模型对符合光谱的数值拟合。材料。小图为通过一系列带通滤波器得到的实验数据以及光纤色散的拟合情况。底部：MIR振动吸收光谱。聚酰亚胺( C )、聚碳酸酯( D )和聚乙烯( E )的透射光谱。实验观测到的透射率用黑色圆圈标出，而推导出的透射谱经过系统脉冲响应的反卷积后显示为蓝色线条。

超灵敏光谱技术是中红外( MIR )技术的重要组成部分。然而，MIR探测器的缺点对在单光子水平的稳健MIR光谱学提出了挑战。最近，量子光的特性已被证明可以改善光谱测量。例如，多尔夫曼教授及其同事早先从理论上证明了自发参量下转换( SPDC )光子对可以用来实现非局域光谱测量 (Review of Modern Physics 88,045008 ( 2016 )和PNAS 116，11673 ( 2019 ) )，进而有效地抑制了与上转换MIR光子不相关的噪声。根据这些理论观点，由多尔夫曼教授和武愕教授主导的合作团队提出了一种将MIR信息非局域地映射到时域的MIR单光子频率上转换光谱。在这种方法中，来自SPDC的宽频带MIR光子被频率上转换到近红外波段并保持量子关联。通过光纤的群时延，在2.76 ~ 3.94μm 的1.18μm 带宽内的MIR光谱信息被成功地投影到关联光子对的到达时间上。在每秒6.4×10⁶个光子的光照条件下，研究人员利用单像素探测器揭示了具有单光子灵敏度的聚合物的透射光谱。因此，由理论模型所描述的透射光谱得到了恢复，其信噪比高于等效的经典方案。所开发的方法避免了扫描和频率选择的不稳定性，这突出了其固有的对不断变化的环境的兼容性和对各种波长的可扩展性。由于其具有高灵敏度和鲁棒性，该技术在不久的将来能够实现生化样品的表征和量子系统的弱测量。

Science Advances作为AAAS旗下涵盖所有学术领域的知名综合类期刊， 2019年，Science Advances月度投稿数量超过Science杂志，成为Science期刊家族中最大的成员。 该杂志的范围包括生命科学、公共卫生、神经科学、物理科学、社会科学、计算机科学、环境科学和空间科学所有科学领域，在综合类期刊中排名第三，2023-2024年的影响因子为14.98。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl3503