实现中远红外波段超灵敏探测一直以来都是国际研究热点，不仅推动着红外精密光谱学、红外超快光子学以及红外空间天文学等诸多基础研究发展，而且在自由空间通信、导弹成像跟踪定位、红外预警、红外遥感、远程爆炸物检测等重大军事国防领域有着重要应用，同时也被广泛用于气象监测、空气污染监测、材料处理、疾病检测等民用工业方面。
近来，曾和平教授团队搭建完成了基于非线性频率上转换的中红外单光子探测器，其利用非线性和频过程将红外光场相干转换至可见光波段，结合时频域精密控制的同步脉冲泵浦技术，实现了非线性转换效率的提升与参量荧光噪声的压制，最终获得了80%的高转换效率。得益于高效的滤波系统，在3微米波段的整体探测效率达到37%，噪声等效功率为1.8×10-17 W/Hz1/2，是目前国际上室温工作条件下灵敏度最高的探测器之一。
此外，该团队结合频率上转换技术和多像素光子计数阵列，首次展示了中红外光子数可分辨的探测能力，实现了超低噪声下高达9个光子的精确识别。所获得的光子计数和分辨性能可能为痕量分子光谱、灵敏生化传感和自由空间通信等领域开辟新的可能性，并为发展中红外高性能光子探测与计数提供有力工具，有望应用于长距离空间通信、远程光谱分析、空地激光测绘等前沿应用。
目前该团队将以上述技术为基础，致力于超灵敏红外成像研究，拟采用硅电子倍增CCD相机，以达到单光子级别的超灵敏中红外上转换成像探测。
相关工作得到了上海理工大学梁焰副教授和郝强副教授的合作支持，发表于Photon. Res. 9, 259-265 (2021).
图（a）非线性频率上转换的示意图。（b）频率上转换探测效率、噪声等效功率（NEP）与泵浦功率的关系。将中红外信号设置为单光子水平，每个脉冲的平均光子数为0.13。图中实线为理论模拟，插图为背景噪声计数。（c）基于Si-MPPC（多像素光子计数器）的中红外频率上转换探测器的光子数分辨性能。图为数字示波器记录的MPPC信号的叠加波形，可以看出实现了9个中红外光子的精确识别。
