(a) Fotografía de banda visible de las montañas tomada por una cámara astronómica estándar equipada con un telescopio. La elevación es de aproximadamente 4500 m. (b) Diagrama esquemático de la configuración experimental. (c) Fotografía del hardware de instalación, incluyendo el sistema óptico (arriba y abajo a la izquierda) y el sistema de control electrónico (abajo a la derecha). (d) Vista del laboratorio temporal donde se implementó el lidar a una altitud de 1770 m. Crédito:LI Zhengping et al.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Pan Jianwei y el profesor Xu Feihu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China logró imágenes 3D de fotón único a lo largo de 200 km utilizando dispositivos ópticos de alta eficiencia y una nueva técnica de supresión de ruido. que fue comentado por el revisor como un intento casi "heroico" de obtener imágenes lidar de fotón único a distancias muy largas.
La tecnología de imágenes Lidar ha permitido imágenes 3D de alta precisión de escenas de destino en los últimos años. LIDAR de imágenes de fotón único es una tecnología ideal para imágenes ópticas remotas con sensibilidad de nivel de fotón único y resolución de picosegundos. sin embargo, su rango de imagen está estrictamente limitado por el recuento cuadráticamente decreciente de fotones que se repiten.
Los investigadores primero optimizaron la óptica del transceptor. La configuración del sistema lidar adoptó un diseño de escaneo coaxial para las rutas ópticas de transmisión y recepción, que puede alinear los puntos de transmisión y recepción con mayor precisión y lograr imágenes de mayor resolución en comparación con los métodos tradicionales.
Para diferenciar la señal de eco débil del ruido de fondo fuerte, el equipo desarrolló un detector de diodos de avalancha de fotón único (SPAD) con una eficiencia de detección del 19,3% y una tasa de recuento de oscuridad baja (0,1 kHz). Más lejos, los investigadores recubrieron su telescopio para lograr una alta transmisión a 1550 nm. Todas estas mejoras lograron una mayor eficiencia de recolección que antes.
Los investigadores también adoptaron una técnica de filtrado temporal eficaz para la supresión de ruido. La técnica puede reducir el número total de recuentos de fotones de ruido a aproximadamente 0,4 KHz, que es al menos 50 veces más pequeño que el trabajo anterior.
De izquierda a derecha son:foto tomada con luz visible, imagen de profundidad reconstruida a partir del método propuesto por Lindell et al. y el perfil de profundidad real. Crédito:LI Zhengping et al.
Los resultados del experimento mostraron que el sistema puede lograr imágenes 3D precisas hasta 201,5 km con sensibilidad de fotón único.
Este trabajo podría proporcionar métodos mejorados para baja potencia, Lidar de fotón único para imágenes activas de alta resolución y detección en rangos largos y abre un nuevo camino para la aplicación del reconocimiento de objetivos de largo alcance y la observación de la tierra.
