近日，重庆脑与智能科学中心神经光子学研究部曾和平教授团队，联合华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室、精密光学重庆市重点实验室等单位，在国际期刊《Photonics Research》发表题为“ Mid-infrared temporal ghost imaging via two-photon structured encoding ”的研究论文。该研究提出了一种基于非简并双光子吸收的宽带中红外时间鬼成像系统，为中红外超快时间波形分析提供了实用工具。

中红外（MIR）波段（2-20μm）覆盖了绝大多数分子的振动指纹光谱区，在分子光谱学、环境监测、生物医学诊断及自由空间通信等领域具有不可替代的价值。然而，受限于高性能MIR调制器与探测器的缺乏，传统时间域成像技术在该波段长期面临带宽受限、系统复杂、光谱覆盖窄等瓶颈。如何实现高速、宽带、高灵敏度的MIR时间信号重构，是当前光子学领域的核心挑战之一。

在该研究中，曾和平教授团队提出了一种基于非简并双光子吸收（ND-TPA）的宽带MIR时间鬼成像（TGI）系统。通过近红外（NIR）结构化泵浦光与MIR信号在硅探测器内时空重合激发ND-TPA过程，实现MIR信号的非线性调制与探测。该方案无需依赖非线性晶体的频率转换机制，不受相位匹配条件限制，大幅降低了光路对准与波长调谐的复杂度，还将调制编码与信号探测集成于同一器件，提升了系统紧凑性与稳定性，具备室温工作、宽谱兼容等优势。实验验证显示，该系统在探测器带宽受限情况下，可实现超过响应带宽40倍的高保真二值时域信号波形重构，弱光探测灵敏度达0.05 pJ/pulse，在2.5–3.8μm宽波段内均能稳定准确重构时间信号，且波长切换无需复杂重调，展现了优异的多波长与宽带成像能力。

该研究首次将非简并双光子吸收与计算鬼成像原理深度融合，创建了“结构化泵浦—ND-TPA—直接探测”一体化的MIR时间域测量新范式。未来，该技术有望通过优化编码与门控、匹配材料等方式，进一步提升信号重构码率、拓展工作波段。