经典赝热光鬼成像很难实现非简并。这篇Optica论文用一块KTP晶体，通过Type-II SHG把赝热光的空间非相干性搬到可见光波段，实现红外照明、可见光成像；我们也提出了SFG+PPLN的延伸设想。
应用探究|超越鬼成像（三）：从量子纠缠到经典相干-基于非线性晶体的跨波段赝热光鬼成像
鬼成像的量子与经典两条路线，近年来都在快速发展。今天我们分享一项来自厦门大学陈理想团队与渥太华大学/罗切斯特大学 Robert Boyd 的新工作：一块KTP晶体，借用量子光学的"工具箱"，为经典赝热光鬼成像的照明/探测波长可"分道扬镳"。
本文为星朗浩宇"超越鬼成像"系列第三篇，前两篇回顾：
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非简并困境
鬼成像较早源于自发参量下转换SPDC产生的纠缠光子对，被视为量子特性的体现；自2002年罗切斯特大学Bennink等人的实验起，经典的热光/赝热光也被证明可以做鬼成像。两条路线各有优势，但在一件事上差距明显：非简并。
量子路线通过SPDC实现非简并几乎手到擒来。例如我们先前分享的ppln晶体，将532 nm的泵浦光通过SPDC产生808 nm信号光和1559 nm闲频光，只需调谐晶体的相位匹配温度即可实现。经典赝热光鬼成像则困难得多：分束产生的关联光天然就是简并的。通过Rb蒸气产生非简并四波混频虽有先例，但波长差被原子能级锁死在15 nm（780/795 nm）。这意味着照明波段和探测波段只能二选一：要么红外照明配红外探测，要么可见照明配可见探测。
一块KTP，跨过波长这道坎
这篇论文借用了量子鬼成像的核心工具：非线性晶体。一块KTP晶体通过SHG，把赝热光的空间非相干性转移到可见光波段。原本同波长的两臂被拆成1064 nm（红外）和532 nm（绿光），用硅基ccd相机即可重建物体。下图对比了本文方案（b）与SPDC非简并鬼成像（a）：SPDC中一个泵浦光子产生一对非简并的关联光子；而本方案中，关联原本就存在于赝热光的两个光子之间，SHG只是把其中一个倍频，由于无法区分是哪个热光子被转换，关联以相干交叉项的形式保留下来。
1064 nm CW 激光经BS分为两路。透射臂先经半波片转为水平偏振（H），再由空间光调制器SLM加载Kolmogorov湍流统计的随机相位全息图，把单一空间模式的激光场打散成大量独立空间模式，形成赝热光；反射臂不经过SLM，保持竖直偏振（V），作为泵浦光。两路光在PBS处共线合束，进入KTP。
在这块Type-II的KTP晶体中，H偏振的赝热光子（1064 nm）+ V偏振的泵浦光子（1064 nm）→ 532 nm。Type-II相位匹配使配对方式相对明确：赝热光加泵浦。不同空间模式的赝热光子发生上转换的概率相同，无法区分是哪个赝热光子被转换。被转换的光子与幸存的光子在模式上一一对应，跨波长关联以相干交叉项的形式存在。
晶体后由二向色镜按波长分为两臂：1064 nm物臂和532 nm参考臂。物臂中除H偏振赝热光外，还有不需要的V偏振残余泵浦，由偏振片P滤除。1064 nm赝热光与物体交互后聚焦进入CCD1，CCD1位于透镜傅里叶面，只用中心像素做桶探测，不关心物体形貌，只测量总光强。参考臂上，532 nm光保留了赝热光的空间结构，CCD2全幅记录散斑图案。两路同步采集并关联，即可重建物体像。
实验结果速览
论文完成了原理验证：横向相干长度50 µm、10,000帧同步采集下，重建出数字"1"到"6"的清晰鬼像，红外物臂只用了单像素桶探测，全部空间信息来自532 nm可见光参考臂。
赝热光源的横向相干长度从50 µm增大到600 µm时，成像CNR单调下降，说明非相干性越强，跨波长关联越有效，与热光鬼成像的基本物理一致。
下一站：PPKTP与PPLN
论文用KTP块体晶体完成了概念验证，讨论部分也为工程化留下两个伏笔：一是向中红外（3-5 µm）或更长波长扩展，需要传统KTP之外的材料；二是方案本身也不局限于SHG，可拓展到其他非线性过程。这让我们有了一点不成熟的想法。
PPKTP：SHG内的升级
论文使用的KTP靠双折射相位匹配，需要按特定角度切割，波长组合受限。PPKTP经过周期极化，通过准相位匹配，把"角度切配"换成"极化周期+温度"设计，波长选择范围随之变宽。在SHG框架内，PPKTP是提升转换效率、拓宽近红外波长适配范围的自然升级路径。
PPLN：跳出SHG的延伸设想
SHG本身有一层天花板：两个输入光子波长必须相同，参考光与泵浦光之间存在固定的倍频关系，照明波段和探测波段难以独立选择。我们做了一个延伸设想：改用和频过程（SFG），泵浦与赝热光在波长维度上天然区分，不再依赖偏振筛选光子来源；结合PPLN的大非线性系数与Type-0相位匹配，转换效率和波长设计自由度同时提升。例如，采用英国Covesion MSFG647，以1550 nm单一波长泵浦光与1085-1160 nm范围内选定的赝热光波长进行和频，可获得638-663 nm关联光，参考臂可以配合高效经济的硅基探测器。当然英国Covesion也可提供PPLN与PPKTP晶体的定制，极化周期与镀膜可按目标波长设计与制造。
| KTP（本文） | PPKTP | PPLN | |
|---|---|---|---|
| 相位匹配 | 双折射（Type-II） | 准相位匹配 | 准相位匹配 |
| 角度切配 | 需要 | 不需要 | 不需要 |
| 波长设计 | 受自然双折射限制 | SHG框架内灵活 | SFG可解耦照明/泵浦/探测 |
| 延伸路线 | SHG概念验证 | SHG内升级 | 跳出SHG，打开SFG |
当然SFG路线是我们的延伸设想，尚未经过实验验证，需结合晶体长度、转换效率与系统参数做综合评估。星朗浩宇作为Covesion在中国的授权代理，可提供从参数选型到交付的技术支持；可提供 1064/1550 nm 泵浦 + 目标波段的和频晶体，以及众多倍频晶体选型，如需其他波长组合或晶体定制，欢迎联系我们。
英国Covesion有限公司是一家拥有超过20年经验的公司，提供350nm~6000nm覆盖350nm~6000nm波长转换需求的产品方案，专注于高效MgO:PPLN / PPKTP 晶体与波导的研究、开发和制造。此外，Covesion还提供定制晶体服务，包括整个周期结构设计、掩膜设计、晶体极化、切块、抛光和镀膜增透，以满足特定波长转换需求。
星朗浩宇作为英国Covesion在中国地区的授权代理商,负责其相关产品在国内的销售、服务，以及售后技术支持等
参考文献
Shu, Weiqian, et al. "Seeing infrared objects with a wavelength non-degenerate thermal light source." Optica 13.7 (2026): 1205-1211.
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