［本站讯］近日，信息科学与工程学院、激光与红外系统集成教育部重点实验室的量子成像团队在主动式高光谱成像领域研究取得进展。该研究成果以“Active Hyperspectral Imaging with Wavelength-Encoded Illumination Using Perovskite Nanocrystals”为题，在国际光学期刊ACS Photonics发表。信息科学与工程学院教授孙宝清、高原为通讯作者，研究生王旭红、孟贺岩为第一作者。
低维卤化物钙钛矿材料因其成分可调的发射特性、高光致发光量子产率和窄带宽度，在光电器件，特别是作为光源和信息编码器方面展现出巨大的潜力。然而，传统的高光谱成像（HSI）系统通常依赖于色散光学元件或扫描机制，这不仅带来系统复杂，成本高昂的问题，更导致数据采集效率低下和数据量过大的挑战，严重限制了在实时监测和便携式应用场景中的部署。因此，探索一种能同时提供高光谱分辨率和高效率的主动式编码技术，已成为推动高光谱成像技术进步的核心方向之一。
本研究创新性地将光致发光钙钛矿纳米晶体作为光谱信息编码器，构建了一种基于波长编码照明的主动式高光谱成像平台。低维卤化物钙钛矿材料具有成分可调的发射特性、高光致发光量子产率和窄带发射线宽，是理想的光谱信息编码载体。研究团队通过混合卤素制备了40种不同的钙钛矿颜色转换器，覆盖400-700纳米的可见光范围，形成了完整的编码照明系统。系统仅需捕获40张单色图像，通过压缩感知(CS)算法即可高保真地重建出完整的高光谱数据立方体。这种设计不仅将光谱编码与检测路径解耦，实现了紧凑、高能效的高光谱成像；同时凭借其主动式照明的特性，提供了优于传统被动式滤光片方案的鲁棒性、能源效率和设计灵活性。
为了解决铅卤化物钙钛矿在紫外激发下的光稳定性问题，研究团队采取了配体交换策略，使用短链羧酸2-己基癸酸对CsPbX3纳米晶体进行表面修饰。这种钝化的纳米晶体随后分散在高分子薄膜中，形成色转换薄膜，展现出优异的抗光氧化和水解能力。研究团队通过对分布式布拉格反射器、颜料丰富的陶瓷砖以及外观相似的天然与人工叶片的成像验证了系统的性能。对陶瓷砖各区域重建的光谱与参考测量结果高度吻合，证明了系统在压缩采集条件下准确恢复关键光谱特征的能力。另外，系统成功区分了在RGB图像中几乎相同的天然和人工叶片，并通过对重建光谱进行分析，突显出不同材料在光谱形状上的细微特征，实现了对两类样本的区分和材料鉴别。
近期团队围绕半导体纳米晶（量子点）光场信息编码取得了系列进展，实现了基于硫化铅量子点的短波红外高光谱单像素成像（Light: Science & Applications 13.1 (2024): 121.），通过钙钛矿纳米晶发光与位置信息关联，实现了全光计算成像（Advanced Functional Materials 35.12 (2025): 2417475.）。这些系列研究不仅证明了半导体纳米晶在光信息编码中的新作用，也为材料-系统协同设计在下一代紧凑型、信息丰富的光学传感平台中开辟了新的途径。该技术在精密农业、文化遗产分析、工业检测和生物医学诊断等领域展现出巨大的应用潜力。以上研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省自然科学基金等多个科研项目的资助。
