Forskere opnår enkelt-foton-billeddannelse over 200 kilometer

Et forskerhold ledet af professor Pan Jianwei og professor Xu Feihu fra University of Science and Technology i Kina opnåede single-foton 3D-billeddannelse over 200 km ved hjælp af højeffektive optiske enheder og en ny støjundertrykkelsesteknik, som blev kommenteret af anmelderen som et næsten "heroisk" forsøg på enkelt fotonisk lidar -billeddannelse på meget lange afstande.

Lidar billedteknologi har muliggjort 3D -billeddannelse med høj præcision af målscener i de seneste år. Enkelt fotonimaging lidar er en ideel teknologi til fjernoptisk billeddannelse med følsomhed på enkelt foton niveau og picosekund opløsning, alligevel er billeddannelsesområdet strengt begrænset af det kvadratisk faldende antal fotoner, der ekko tilbage.

Forskere optimerede først transceiveroptik. Lidar -systemopsætningen vedtog et koaksialt scanningsdesign til transmitterende og modtagende optiske stier, som kan justere sende- og modtagelsespunkterne mere præcist og opnå billedbehandling med højere opløsning i sammenligning med traditionelle metoder.

For at differentiere svagt ekkosignal fra stærk baggrundsstøj, teamet udviklede en single-photon lavine diode detector (SPAD) med en 19,3% detektionseffektivitet og en lav mørktællingshastighed (0,1 kHz). Yderligere, forskere belagte deres teleskop for at opnå høj transmission ved 1550 nm. Alle disse forbedringer opnåede højere opsamlingseffektivitet end tidligere.

Forskere vedtog også en effektiv tidsmæssig filtreringsteknik til støjundertrykkelse. Teknikken kan reducere det samlede antal støjfoton tæller til ca. 0,4 KHz, som er mindst 50 gange mindre end tidligere arbejde.

Eksperimentresultater viste, at systemet kan opnå nøjagtig 3D-billeddannelse på op til 201,5 km med single-foton følsomhed.

Dette arbejde kunne give forbedrede metoder til laveffekt, single-foton lidar til høj opløsning aktiv billeddannelse og sansning over lange afstande og åbner en ny vej til anvendelse af langdistance målgenkendelse og jordobservation.