本站讯（记者 王武）近日，海南大学物理与光电工程学院、理论物理研究中心的邹芬副研究员和李勇教授与东北师范大学以及中国工程物理研究院研究生院的科研人员合作，在国际权威期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上以海南大学为第一完成单位发表了题为“基于分子光力腔的红外信号频率上转换放大 (Amplifying Frequency Up-Converted Infrared Signals with a Molecular Optomechanical Cavity)”的学术文章[Zou et al., Phys. Rev. Lett. 132, 153602 (2024)]。
中红外和远红外信号的探测在热成像、量子传感、显微镜、临床医学和天文测量等众多领域中有十分重要的应用。然而，中红外和远红外信号较弱并且传统的红外探测器具有较大的热噪声，这使得探测这些信号仍然存在重大挑战。针对这一问题，该论文提出了一种基于频率上转换的放大方案，将中红外和远红外信号转换为可见光或近红外信号，同时放大信号强度，从而克服传统检测方法的困难。
这种方案的实现基础是分子光力系统，该系统由大量分子和具有可见光和红外模式的等离基元纳米腔组成[图(a)]。在该方案中，被探测的红外信号与分子振动模式共振（或近共振），同时可见光模式被泵浦激光驱动，其中泵浦激光频率与可见光模式的第一斯托克斯边带近共振[图(b)]。通过调控纳米腔和分子参数，在可见光模式的第一斯托克斯边带处可实现1000倍或更高倍数的放大[图(c)]。当前的工作提出了一种新颖的红外信号检测方法，有望引起化学、生物和凝聚态物理学领域中理论和实验研究者的广泛关注。
该论文的第一作者为海南大学邹芬副研究员，通讯作者为海南大学李勇教授和中国工程物理研究院研究生院董辉研究员，东北师范大学杜磊博士（李勇教授指导的博士毕业生）也对论文做出了重要贡献。该工作受到了科技部科技创新2030项目、国家自然科学基金项目与中国博士后科学基金资助项目等的支持。
图：(a) 分子光力系统示意图；(b) 基于分子光力系统的红外信号频率上转换放大示意图；
(c) 不同耦合强度下，红外信号频率上转换效率随探测信号频率变化图。
期刊简介：
Physical Review Letters是美国物理学会旗下的期刊，创立于1958年。该期刊专注于发表物理学领域的具有潜在高影响力的研究成果，涵盖主题包括量子信息与科技、宇宙学、天体物理与引力、粒子与场论、原子核物理、原子和分子物理、光学、等离子体与太阳物理、加速器与束流物理、凝聚态物质与材料、统计物理与复杂系统、化学物理、软物质与生物物理等。该期刊为中国科学院分区一区TOP期刊，2022年影响因子为8.6。
文章链接：
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.132.153602
