我国实现200公里单光子三维成像

记者3月24日从中国科学技术大学获悉，该校教授潘建伟、徐飞虎等实现了超过200公里的远距离单光子三维成像，首次将成像距离从十公里突破到百公里量级，为远距离目标识别、对地观测等领域的应用开辟了新道路。成果日前发表在国际学术知名期刊《光学》上。

如何“看得更远、看得更清”是人类对视觉感知的不懈追求。近年来发展的激光雷达成像技术能够对目标场景进行高精度三维成像。单光子成像雷达作为一种具有单光子级探测灵敏度和皮秒级时间分辨率的新兴激光雷达成像技术，是实现远距离光学成像的理想方案。然而，随着成像距离的拓展，从目标返回的信号光子急剧减少；大气扰动和散射、太阳背景、单光子探测器的暗电流等方面会带来大量的背景噪声；简单地提高激光功率无法解决远距离条件下信噪比极低的问题，因此，实现远距离成像雷达面临着巨大挑战。

为了实现百公里单光子成像，研究团队搭建了全新的单光子雷达系统，并发展了针对远距离成像的多项新技术，包括原创的时间滤波抑制噪声技术，信噪比提高达50倍；自主研制的小型化高效率、低噪声铟镓砷红外单光子探测器；以及对整套光学系统进行光学镀膜等。基于此单光子雷达系统，研究人员于2020年1月在新疆的高山上对百公里外的多个目标进行三维成像，并测试了单光子计算成像算法。结果显示，该系统可以在200公里范围内进行精确的三维成像，成像灵敏度达到单像素单光子。

该研究工作对于面向低功耗、高分辨率等实用化需求的远距离激光雷达研究具有重要应用价值。审稿人对该工作给予高度评价，称赞“在远距离成像上的成就令人印象深刻”，是“在远距离单光子成像中的一次壮举”。