中國科大實現(xiàn)200公里單光子三維成像 首次將成像距離突破到百公里量級

中國科學技術大學教授潘建偉、徐飛虎等實現(xiàn)超過 200 公里的遠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，為遠距離目標識別、對地觀測等領域的應用開辟了新道路。該成果于近期發(fā)表在國際學術知名期刊《Optica》上。

據(jù)介紹，潘建偉、徐飛虎研究組經(jīng)過長期的成像算法和光學技術攻關，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)一體光學控制等核心技術。研究團隊于 2019 年在城市環(huán)境中實現(xiàn)了距離達 45 公里的單光子三維成像，突破了由英國哈利瓦特大學保持的最遠距離紀錄(10 公里)。

在此基礎上，研究團隊通過進一步技術突破，將成像距離拓展到 201.5 公里，成像靈敏度達到平均每個像素 0.4 個信號光子。為了實現(xiàn)百公里單光子成像，研究團隊搭建了全新的單光子雷達系統(tǒng)(圖 1)，并發(fā)展了針對遠距離成像的多項新技術，包括原創(chuàng)的時間濾波抑制噪聲技術(提高信噪比達 50 倍)，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(探測效率 19.3%，暗計數(shù) 0.1kHz)，對整套光學系統(tǒng)進行光學鍍膜(系統(tǒng)透過率提高 2 倍)等。

IT之家了解到，基于此單光子雷達系統(tǒng)，研究人員于 2020 年 1 月在新疆的高山上對百公里外的多個目標進行三維成像(圖 2)，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)進行精確的三維成像，成像靈敏度達到單像素單光子。

據(jù)悉，該研究工作對于面向低功耗、高分辨率等實用化需求的遠距離激光雷達研究具有重要應用價值。

關鍵詞： 中國科大 單光子 三維成像