200公里外激光3维成像！在新疆高山测试多目标，大获成功意义深远
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据科技日报3月24日的消息，我国科研团队已经实现了超过200公里的远距离单光子三维成像。这一成就具有深远的意义，为远距离目标识别和对地观测等技术打开了新天地。在此之前，单光子三维成像的最远距离是英国哈利瓦特大学科研团队做到的，距离是10公里远。我国科研团队首次把距离延伸到了百公里量级。这一成果已经发表在了国际学术知名期刊《光学》上。
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从古到今，人类都把“看得更远”作为一种内心里潜在的愿望，于是人们陆续发明了望远镜和雷达等设备。但这些都有局限性，于是人们提出了激光雷达成像技术，借助相关技术构建出高精度的三位成像，继而催生了单光子成像雷达。这是一种具有单光子级探测灵敏度和皮秒级时间分辨率的新技术。单光子雷达属于激光雷达成像技术的一种理性方案。国外虽然在这一领域曾取得领先地位，三维成像距离达到了10功能里。但遇到了一个技术难题，导致距离无法再延长。
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这个技术难题就是随着成像距离的延长，从观察目标返回来的信号光子越来越少。在加上返回途中遇到大气干扰和散射，太阳光和探测器暗电流等因素的影响，返回来的信息包含着大量的背景噪声，几乎无法成像使用。提高激光的功率虽然可以改善，但无法从根本上解决远距离条件下信噪比低的问题。因此更远距离的单光子三维成像技术难以取得进展。
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为了解决这一问题，国内研究团队搭建了全新的雷达系统，开发多项新技术来抑制噪声，信噪比明显提高了50倍。然后解决小型化和高效率的问题，对整套光学系统进行光学镀膜，从多个角度入手，逐步攻克技术难关。2020年1月，科研团队在新疆的高山上进行了试验，对百公里外的多个目标进行三维成像，测试单光子的计算成像算法。经过分析，证明新研制的单光子雷达系统可以在200公里范围内进行精确的三维成像。
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这个研究项目对于开发低功耗，高分辨率的实用性远距离激光雷达有重要的应用价值。其中的三个技术路线能够为开发未来激光雷达有重要帮助。第一个技术路线是高效率的收集和探测手段，利用高了灵敏度，极低噪声的InGaAs红外单光子探测器，它可以作为激光雷达的核心零部件。再加上镀膜技术，让透过率从50%提升到95%。
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【200公里外激光3维成像！在新疆高山测试多目标，大获成功意义深远】第二个技术路线是噪声压制技术，通过在一个周期中设置激光发射时段和探测时段，然后在中间设置一个时间间隔，利用声光调制器配合两个模式之间的快速切换。在细节进行优化后，就能进一步压制来自近地大气场的噪声。第三个就是单光子成像算法，通过计算重构算法来合成三位影影像，最终得出精确的图景。单光子激光雷达的技术进步，会在多领域开花结果，有重大的科研价值。
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