----追光逐電 光引未來----
研究背景
紅外成像技術是將不可見的紅外輻射信號轉化為可見光圖像的技術，在軍事、工業、安防、醫學等方面應用廣泛。傳統紅外成像系統由紅外探測陣列、集成讀出電路、信號處理系統和顯示設備組成，需要依賴復雜的電路進行信號讀取與放大，存在結構復雜、功耗較高、成本較大以及柔性和便攜性不足等問題。
近年來，紅外上轉換器件為簡化成像系統提供了新思路，可將紅外信號直接轉化為可見光輸出。但現有器件仍需外部電源和輔助電路驅動，限制了其在低功耗、柔性化和可穿戴場景中的應用。因此，發展一種無需外加電源、無需復雜讀出電路，并兼具高分辨率、高速響應和柔性集成能力的紅外成像技術，具有重要研究意義和應用價值。
成果簡介
電子科技大學王軍教授、上海技物所胡偉達教授等聯合提出了一種單片集成光子映射紅外成像器件，通過垂直堆疊多個光伏型感光單元與發光單元，實現近紅外光到可見光的直接轉換。器件無需外部電源和復雜讀出電路，即可在自驅動模式下完成紅外可視化成像。實現了5799 ppi高分辨率和18.5 kHz高速特性，同時具備低背景噪聲、柔性、大面積和輕量化等優勢。該成果為低功耗、便攜式、柔性紅外成像技術提供了新的器件方案。
圖1. 單片集成光子映射紅外成像器件
傳統紅外成像通常需要探測陣列、讀出電路和圖像處理模塊協同工作，而本研究將多層感光單元與發光單元集成在同一器件中。近紅外光照射后，感光單元產生的光生電勢可直接驅動發光單元，實現無需外部電源的紅外可視化。
圖2. 光子映射紅外成像器件的性能評估
圍繞自驅動紅外可視化能力，系統評估了器件的近紅外吸收、可見發光、亮度響應、電流響應和光子轉換效率。結果顯示，器件在近紅外照射下可無需外加電源產生穩定可見發光，并在不同光強下保持良好的響應特性；同時，與已有紅外成像技術相比，該器件在自驅動條件下展現出優異的空間分辨率優勢。
圖3. 器件堆疊調控、動態響應與低噪聲特性
隨著感光單元堆疊數量增加，器件內部產生的光生電勢逐步增強，從而有效驅動發光單元工作。同時，自驅動零偏壓模式顯著降低背景噪聲，提高信號背景比，使成像更加清晰穩定。
圖4. 自驅動近紅外成像器件的應用展示
在實際紅外可視化測試中，該器件能夠比商業紅外觀察卡更清晰地還原紅外光斑輪廓，并展現出柔性工作能力。高分辨率成像結果進一步證明，其可用于觀察生物樣品的細微內部結構，體現了在柔性、便攜和生物成像場景中的應用潛力。
總結展望
本研究提出了一種單片集成光子映射紅外成像器件，實現了近紅外光到可見光的直接轉換。器件無需外部電源和復雜讀出電路，即可在自驅動模式下完成紅外可視化成像，并展現出高分辨率、高速響應、低背景噪聲、柔性和大面積制備等優勢。這一成果為突破傳統紅外成像系統結構復雜、功耗較高和便攜性不足等問題提供了新的技術路徑。
未來，隨著有機光電材料、界面調控和多層集成工藝的進一步發展，該類器件有望拓展至更寬的紅外波段，并進一步提升光子轉換效率、弱光響應能力和長期穩定性。其在柔性可穿戴設備、生物醫學成像、低功耗夜視、智能感知和便攜式無損檢測等領域具有廣闊應用前景。
論文信息：Han, X., Wang, J., Guo, L. et al. Monolithically integrated photon-mapping infrared imager. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73659-z
文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-73659-z
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