千米级单光子激光雷达：穿透烟雾假装三维成像新打破

时间: 2025-04-18 04:58:45 |   作者: 新闻中心

  近来，科研人员在激光雷达技能范畴取得了打破性发展，成功研宣布一种新式单光子飞翔时刻激光雷达体系。该体系具有在杂乱环境下对远间隔方针进行高分辨率三维成像的才能，其运用场景规模广泛，涵盖了安全监控、遥感勘探等多个范畴。

  据参加研讨的英国赫瑞瓦特大学团队成员Aongus McCarthy介绍，他们所选用的单光子勘探器功率明显优于同类体系，几乎是其他研讨小组所用勘探器的两倍。一起，该体系的时刻分辨率也完结了大幅度的进步，至少进步了10倍。这些技能上的改善使得新体系能够从方针物体上收集到更多的散射光子，然后完结更高的空间分辨率。

  在《Optica》杂志上，由英国和美国多家组织组成的联合研讨小组展示了该体系在325米外成功构建出明晰可辨的人脸三维图画。这一效果不只验证了体系的先进性，也为其在实践运用中的推行奠定了坚实基础。

  该体系根据光的测距原理，通过丈量激光脉冲从体系发射到物体上某一点再回来所需的时刻来核算物体的间隔。随后，体系会对物体上的各个点进行重复丈量，以获取完好的三维信息。为完结这一方针，研讨人员选用了由麻省理工学院和NASA喷气推动实验室联合开发的超导纳米线单光子勘探器（SNSPD）。这种勘探器能够检测到单个光子，然后答应运用极低功率的激光进行长间隔丈量，一起保证激光对人眼的安全性。

  为了下降噪声水平并进步勘探器的灵敏度，研讨团队将其冷却至挨近绝对零度的温度。这一使命由格拉斯哥大学小组规划和制作的紧凑型低温冷却体系完结。研讨人员还将冷却后的SNSPD与赫瑞瓦特大学McCarthy规划的新式单像素扫描收发器相结合，该收发器作业在1550纳米波长。一起，他们还引入了先进的守时设备，以丈量准确到万亿分之一秒（皮秒）的时刻间隔。

  据McCarthy介绍，这些技能要素在间隔、激光功率水平、数据收集时刻和深度分辨率之间供给了更大的灵活性。他进一步指出，因为SNSPD勘探器能够在1550纳米以上的波长作业，这一规划为开发中红外单光子激光雷达体系拓荒了新途径，有望逐步增强体系在雾、烟雾等遮蔽物中的成像才能。

  为了验证体系的功能，研讨人员在赫瑞瓦特大学校园内进行了现场测验。他们别离丈量了45米、325米和1公里外的物体，并成功解析了小至1毫米的特征。在白日条件下，体系在45米和325米处展示出了杰出的深度分辨率，比他们之前完结的进步了约10倍。他们还运用对人眼安全的3.5毫瓦激光和每像素1毫秒的收集时刻，在这些间隔上成功捕获了人脸的三维图画。

  虽然现在的现场实验规模约束在1公里内，但研讨人员对未来充满信心。他们方案将测验间隔扩展至10公里，并探究体系在烟雾、雾霾等大气遮蔽物中的成像才能。研讨团队还将致力于使用先进的核算方法加快数据剖析，以完结对更远场景的快速成像。