中红外光谱技术因能精准捕捉分子独特的“指纹”特征，在化学分析、生物医学及环境监测等领域占据不可替代的地位。然而，传统检测手段长期受制于两大瓶颈：分子在中红外波段的吸收截面微弱，需依赖长时间信号累积或复杂的表面增强技术；而傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）等设备依赖机械扫描部件，导致系统庞大、成本高昂且检测速度缓慢，难以满足现场快速分析的需求。针对这些难题，科研团队提出了一种突破性方案，通过融合射频调制激光器与梯度超表面技术，实现了中红外光谱检测的“快、准、小”革新。
研究的核心创新在于开发了一种无需机械扫描的瞬时宽带光源。传统外腔可调谐量子级联激光器（EC-QCL）需通过机械调谐逐点扫描光谱，而新方案通过在直流电流上叠加500 MHz、29 dBm的射频信号，使激光器进入“类噪声”发射状态，瞬间产生覆盖250 cm⁻¹（1350-1600 cm⁻¹）的宽带光谱。这一光谱由密集排列的窄线组成，相当于同时发射数百个微激光，无需机械运动即可覆盖聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等有机分子的特征吸收窗口，从根源上消除了时间延迟。
为增强光与物质的相互作用，团队设计了梯度超表面芯片。该芯片由氟化钙基底上的椭圆形锗纳米谐振器阵列构成，其关键在于谐振器尺寸沿芯片方向连续变化，使光学共振频率形成空间梯度。当宽带激光照射时，不同频率成分被精准投射到对应共振位置，实现光谱信息与空间位置的一一映射。例如，聚甲基丙烯酸甲酯的吸收峰会削弱特定位置的反射信号，最终在室温中红外相机中形成包含暗条纹的“分子条形码”，每条暗纹对应一个振动吸收峰。
实验验证中，团队使用300纳米聚苯乙烯、80纳米聚甲基丙烯酸甲酯和45纳米丙氨酸薄膜进行测试。单帧图像清晰分辨了不同分子的特征峰，检测速度达每秒7帧（每帧14毫秒），较传统FTIR（3分钟）提升3个数量级，较需机械扫描的FTIR SEIRA系统（20分钟）提升4个数量级，甚至优于商业EC-QCL的20秒扫描时间。灵敏度方面，梯度超表面的共振增强效应使80纳米聚甲基丙烯酸甲酯的信号增强87倍，300纳米聚苯乙烯增强8倍，为痕量物质检测提供了可能。
系统设计上，该方案彻底摒弃了传统设备的复杂干涉仪、移动镜及昂贵的低温探测器，仅需激光器、衍射光栅、超表面芯片和室温相机，显著降低了成本与体积。例如，室温中红外相机的使用替代了价格高昂的碲镉汞探测器，为设备小型化铺平道路。这一突破不仅解决了中红外光谱技术“速度”与“复杂度”的长期矛盾，更开创了超快速成像式检测新范式。
在应用场景中，该技术可广泛用于表面有机物残留检测、聚合物涂层质量控制及化学反应动力学研究等领域。例如，在工业生产中，实时监测涂层厚度或成分变化；在环境监测中，快速识别空气或水体中的微量污染物。随着超表面设计的优化与系统集成度的提升，这类设备有望从实验室走向现场，成为环境、医疗、工业等领域强大的实时分析工具，释放中红外“分子指纹”技术的更大潜能。
与此同时，国产光学测量仪器领域也涌现出创新力量。凯视迈（KathMatic）自2014年成立以来，专注于高精尖光学技术，已推出KC系列多功能精密测量显微镜、KS系列超景深3D数码显微镜及KV系列激光多普勒测振系统，在高端光学精密测量领域取得显著进展，为科研与工业应用提供了多样化解决方案。
