遠距離單光子三維成像超過200公里

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看得更遠、更清，是人類的不懈追求。中國科學技術大學潘建偉院士、徐飛虎教授等實現超過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、對地觀測等領域應用開辟了新道路。該成果近期發表于《光學》。

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，是該領域的研究熱點。

潘建偉、徐飛虎團隊經過長期攻關，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。該團隊于2019年在城市環境中實現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10公里最遠距離記錄。在此基礎上，他們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，該團隊搭建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，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。基于全新的單光子雷達系統，他們于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。

該成果對于面向低功耗、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。審稿人稱贊該成果“在遠距離成像上的成就令人印象深刻”，是“在遠距離單光子成像中的一次壯舉”。