中國實現超200公里單光子三維成像

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中國實現超200公里單光子三維成像

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2021-03-24 11:29 | 稿件來源：香港文匯網

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　　記者3月24日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闢了新道路。該成果於近期發表在國際學術知名期刊《光學》上。

　　據介紹，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。

　　中科大潘建偉、徐飛虎研究組經過長期的成像算法和光學技術攻關，發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、近衍射極限收發一體光學控制等核心技術。研究團隊於2019年在城市環境中實現了距離達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。

　　為了實現百公里單光子成像，該研究團隊搭建了全新的單光子雷達系統，並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，自主研製的小型化高效率、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。基於此單光子雷達系統，研究人員於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，並測試了單光子計算成像算法；結果顯示該系統可以在200公里範圍內進行精確的三維成像，成像靈敏度達到單像素單光子。

　　該研究工作對於面向低功耗、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。《光學》期刊審稿人對該工作給予高度評價，稱讚“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”。