目及百里！中国科大实现200公里单光子三维成像

olivia chan 2021年

长距离主动成像在遥感和目标识别方面有着广泛的应用。单光子光探测和测距（激光雷达）已被证明具有高灵敏度和时间分辨率。然而在应用方面，实用的单光子激光雷达系统的工作范围被限制在地球大气层上空约几十公里的范围内，这主要是由于微弱的回波信号混杂着高背景噪声。

日前，中国科学技术大学教授潘建伟、徐飞虎等实现超过200公里的远距离单光子三维成像，首次将成像距离从十公里突破到百公里量级，为远距离目标识别、对地观测等领域的应用开辟了新道路。

在2019年，该研究团队就在城市i环境中实现了距离达45公里的单光子三位成像，突破了由英国哈利瓦特大学保持的最远距离纪录（10公里）。在这项研究中，团队搭建了一种高效，低噪声的同轴单光子激光雷达系统，实现了201.5公里的单光子三维成像。该系统采用紧凑型设计，原创的时间滤波抑制噪声技术（提高信噪比达50倍），自主研制的小型化高效率、低噪声铟镓砷红外单光子探测器（探测效率19.3%，暗计数0.1kHz），成功实现成像灵敏度达到平均每个像素0.44个信号光子（PPP）。

实验地点位于中国乌鲁木齐，左侧为成功拍摄的4500m海拔山顶，右侧为繁殖在野外的单光子激光成像装置。

该系统的开发可以促进系统对未来多波束单光子使用激光雷达系统的快速遥感。通过采用大功率激光和高效SPAD阵列，多光束单光子激光雷达也可以用于无需扫描的快速成像。总体而言，研究结果可能会为安装在低地球轨道或纳米卫星上的低功率单光子激光雷达提供增强的方法，作为对传统成像的补充，用于高分辨率主动成像和远距离传感。这些结果代表着向实用的、超长距离的低功耗激光雷达迈出了重要一步。

论文链接：

https://doi.org/10.1364/OPTICA.408657

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