記者24日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授潘建偉、徐飛虎等實(shí)現(xiàn)了超過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)域的應(yīng)用開辟了新道路。成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)知名期刊《光學(xué)》上。

如何“看得更遠(yuǎn)、看得更清”是人類對視覺感知的不懈追求。近年來發(fā)展的激光雷達(dá)成像技術(shù)能夠?qū)δ繕?biāo)場景進(jìn)行高精度三維成像。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(shí)間分辨率的新興激光雷達(dá)成像技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光學(xué)成像的理想方案。然而，隨著成像距離的拓展，從目標(biāo)返回的信號光子急劇減少;大氣擾動(dòng)和散射、太陽背景、單光子探測器的暗電流等方面會(huì)帶來大量的背景噪聲;簡單地提高激光功率無法解決遠(yuǎn)距離條件下信噪比極低的問題，因此，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離成像雷達(dá)面臨著巨大挑戰(zhàn)。

為了實(shí)現(xiàn)百公里單光子成像，研究團(tuán)隊(duì)搭建了全新的單光子雷達(dá)系統(tǒng)，并發(fā)展了針對遠(yuǎn)距離成像的多項(xiàng)新技術(shù)，包括原創(chuàng)的時(shí)間濾波抑制噪聲技術(shù)，信噪比提高達(dá)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;以及對整套光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光學(xué)鍍膜等。基于此單光子雷達(dá)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(gè)目標(biāo)進(jìn)行三維成像，并測試了單光子計(jì)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。

該研究工作對于面向低功耗、高分辨率等實(shí)用化需求的遠(yuǎn)距離激光雷達(dá)研究具有重要應(yīng)用價(jià)值。審稿人對該工作給予高度評價(jià)，稱贊“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”。

關(guān)鍵詞： 單光子三維成像