遠(yuǎn)距離單光子三維成像超過200公里 從十公里突破到百公里量級

看得更遠(yuǎn)、更清，是人類的不懈追求。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、徐飛虎教授等實現(xiàn)超過200公里的遠(yuǎn)距離單光子三維成像，首次將成像距離從十公里突破到百公里量級，為遠(yuǎn)距離目標(biāo)識別、對地觀測等領(lǐng)域應(yīng)用開辟了新道路。該成果近期發(fā)表于《光學(xué)》。

單光子成像雷達(dá)作為一種具有單光子級探測靈敏度和皮秒級時間分辨率的新興激光雷達(dá)成像技術(shù)，是實現(xiàn)遠(yuǎn)距離光學(xué)成像的理想方案。然而，如何實現(xiàn)遠(yuǎn)距離單光子成像雷達(dá)，是該領(lǐng)域的研究熱點。

潘建偉、徐飛虎團(tuán)隊經(jīng)過長期攻關(guān)，發(fā)展了單像素單光子成像算法、近紅外波段高效率單光子收集和探測、近衍射極限收發(fā)一體光學(xué)控制等核心技術(shù)。該團(tuán)隊于2019年在城市環(huán)境中實現(xiàn)45公里的單光子三維成像，突破了由英國哈利瓦特大學(xué)保持的10公里最遠(yuǎn)距離紀(jì)錄。在此基礎(chǔ)上，他們通過進(jìn)一步技術(shù)突破，將成像距離拓展到201.5公里，成像靈敏度達(dá)到平均每個像素0.4個信號光子。

為了實現(xiàn)百公里單光子成像，該團(tuán)隊搭建全新的單光子雷達(dá)系統(tǒng)，并發(fā)展了針對遠(yuǎn)距離成像的多項新技術(shù)，包括原創(chuàng)的時間濾波抑制噪聲技術(shù)，自主研制的小型化高效率、低噪聲銦鎵砷紅外單光子探測器，對整套光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)鍍膜等?；谌碌膯喂庾永走_(dá)系統(tǒng)，他們于2020年1月在新疆的高山上對百公里外的多個目標(biāo)進(jìn)行三維成像，并測試了單光子計算成像算法。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可以在200公里范圍內(nèi)進(jìn)行精確的三維成像，成像靈敏度達(dá)到單像素單光子。

該成果對于面向低功耗、高分辨率等實用化需求的遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)研究具有重要應(yīng)用價值。審稿人稱贊該成果“在遠(yuǎn)距離成像上的成就令人印象深刻”，是“在遠(yuǎn)距離單光子成像中的一次壯舉”。(桂運安)

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