我國實現200公里單光子三維成像 為遠距離目標識別等開辟新道路

記者從中國科學技術大學獲悉，該校教授潘建偉、徐飛虎等實現超過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。成果日前發表在國際學術知名期刊《光學》上。

如何“看得更遠、看得更清”是人類對視覺感知的不懈追求。近年來發展的激光雷達成像技術能夠對目標場景進行高精度三維成像。單光子成像雷達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成像技術，是實現遠距離光學成像的理想方案。然而，如何實現遠距離單光子成像雷達該領域的研究熱點。隨著成像距離的拓展，從目標返回的信號光子急劇減少;大氣擾動和散射、太陽背景、單光子探測器的暗電流等方面會帶來大量的背景噪聲;簡單的提高激光功率無法解決遠距離條件下信噪比極低的問題;因此，實現遠距離成像雷達面臨著巨大挑戰。

為了實現百公里單光子成像，研究團隊搭建了全新的單光子雷達系統，并發展了針對遠距離成像的多項新技術，包括原創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，對整套光學系統進行光學鍍膜等。基于此單光子雷達系統，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，并測試了單光子計算成像算法;結果顯示該系統可以在200公里范圍內進行精確的三維成像，成像靈敏度達到單像素單光子。

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。審稿人對該工作給予高度評價，稱贊“在遠距離成像上的成就令人印象深刻” 、“在遠距離單光子成像中的一次壯舉”。(吳長鋒)