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看得更远:科学家实现了超200公里的单光子三维成像

发布:bianxl阅读:1618时间:2021-4-7 19:29:24

看得更远:科学家实现了超200公里的单光子三维成像

 

由中国科学技术大学的潘建伟院士、徐飞虎教授领导的课题组,借助高效光学设备及一种新型噪声抑制技术,成功实现了距离超过200km的单光子3D成像。文章审稿人将此项研究成果称为远距离单光子成像研究的“壮举”。

 

图1 (a)使用配有望远镜的标准天文相机拍摄的目标山脉照片,海拔约4500米。(b)光学系统示意图。(c)实验装置实物,包括光学系统(左上、左下)和电子控制系统(右下)。(d)实验场地示意图:建在海拔1770处、装有激光雷达的临时实验室

 

近年来,借助激光雷达技术,研究人员们实现了目标场景的高精度三维成像。单光子成像激光雷达兼具单光子级灵敏度和皮秒分辨率的优点,是进行远距离光学成像的理想技术。然而美中不足的是,由于回波光子数量呈二次递减,其成像范围受到严格限制。

研究人员首先优化了收发器光学设计,设计了全新的激光雷达系统。激光雷达系统中采用了发射和接收光路同轴扫描设计,与传统方法相比,光斑发射、接收的对准更精确,成像分辨率更高。

为了区分弱回波信号和强背景噪声,该团队开发了一种单光子雪崩二极管探测器,其探测效率为19.3%,暗计数率为0.1kHz。此外,研究人员在望远镜上加镀涂层,以实现1550纳米波长处的高透射率。这些技术改进,使得系统收集效率达到了前所未有的高度。

研究人员还采用了一种高效的时间滤波技术来抑制噪声,该技术噪声光子总数降低至0.4 KHz左右,比以往的技术低了50倍以上。

实验结果表明,该系统将三维成像的距离拓展到了201.5公里,成像灵敏度达到单光子。

此项工作改进了低功耗、高分辨率主动成像单光子激光雷达及远距离遥感技术,为远程目标识别、地球观测等应用开辟了新的途径。

原文链接

 

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