实验室夏志国教授团队：激光驱动近红外二区光源的穿透式成像及其图像增强算法研究

近红外光谱检测与算法模型的深度融合将推动新一代高解析度智能光谱成像技术的发展。然而，图像算法的能效受制于光源的光谱特性，尤其在生物组织、烟雾等强散射介质成像中；与此同时，传统的近红外二区（NIR-II）光源普遍面临量子效率偏低、光谱稳定性不足等瓶颈。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室夏志国教授团队成功研制了Cr3+-Ni2+共掺杂的MgGa2O4:xCr3+,yNi2+ (x = 0.03;y = 0.001-0.03)半透明陶瓷，通过构建高效的能量传递通道，获得了高达81.4%的光致发光外量子产率，并展现出优异的抗热猝灭性能（I423K = 74.3%）。所构建的动态激光驱动NIR-II光源在18 W/mm2的405 nm近紫外激光激发下，获得了超过1.86 W的瓦级光输出。本研究还将该主动光源-探测成像系统与图像处理算法集成，将其应用于雾霾环境中的穿透光学成像，有望推动新一代智能光谱成像技术的发展。

本研究通过放电等离子体烧结技术，成功制备了Cr3+-Ni2+共掺杂尖晶石型半透明陶瓷。该陶瓷相对密度达99.2%，在405nm近紫外光激发下呈现发射峰值1280 nm的宽带NIR-II发光，外量子效率（EQE）达到了81.4%。基于该陶瓷构建的动态NIR-II光源，通过高速旋转增强空气对流散热以提升陶瓷材料服役特性及器件稳定性，输出功率超1.86 W。借助导向滤波网络（GFN）图像算法的辅助，该装置可在高浓度雾霾环境中实现精准目标成像与识别。本研究不仅为Cr3+-Ni2+共掺杂半透明陶瓷的研制提供了备选方案，更促进了激光驱动NIR-II光源与图像处理算法在强散射介质成像检测中的应用，为环境监测、安全检测等应用领域提供关键技术支撑。

图1 MgGa2O4:3%Cr3+, 1%Ni2+半透明陶瓷的制备与微结构研究

图2 陶瓷的宽带NIR-II发射性能

图3 激光驱动的NIR-II光源光输出性能

图4 动态NIR-II光源设备辅助的成像检测

该成果以“Laser-drivenSpinel-type Ceramics Enabling NIR-II Light Sources for Penetration OpticalImaging Assisted by a Guided Filter Network Algorithm”为题发表于Materials Today上。通讯作者为夏志国教授，第一作者为博士生李超杰。研究获国家自然科学基金(52425206)资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.10.019