(a) Fotografi med synligt band av bergen taget av en standard astronomisk kamera utrustad med ett teleskop. Höjden är cirka 4500 m. (b) Schematiskt diagram av experimentuppställningen. (c) Fotografi av installationsmaskinvaran, inklusive det optiska systemet (överst och nedre till vänster) och det elektroniska styrsystemet (nederst till höger). (d) Vy över det tillfälliga laboratoriet där lidar implementerades på en höjd av 1770 m. Kredit:LI Zhengping et al.
En forskargrupp ledd av professor Pan Jianwei och professor Xu Feihu från University of Science and Technology i Kina uppnådde enfoton 3D-avbildning över 200 km med hjälp av högeffektiva optiska enheter och en ny brusreduceringsteknik, vilket kommenterades av recensenten som ett nästan "heroiskt" försök till en foton lidaravbildning på mycket långa avstånd.
Lidars bildteknik har möjliggjort 3D-avbildning med hög precision av målscener under de senaste åren. Single photon imaging lidar är en idealisk teknik för optisk fjärravbildning med en fotonnivåkänslighet och pikosekundupplösning, ändå är dess avbildningsområde strikt begränsat av det kvadratiskt minskande antalet fotoner som ekar tillbaka.
Forskare optimerade först transceiveroptik. Lidar-systemet antog en koaxial scanningsdesign för de optiska sändnings- och mottagningsvägarna, som kan rikta in sändnings- och mottagningsfläckarna mer exakt och uppnå högre upplösning i jämförelse med traditionella metoder.
För att skilja svag ekosignal från starkt bakgrundsbrus, teamet utvecklade en enfoton lavindioddetektor (SPAD) med en detekteringseffektivitet på 19,3 % och en låg mörkräkningshastighet (0,1 kHz). Ytterligare, forskare belade sitt teleskop för att uppnå hög transmission vid 1550 nm. Alla dessa förbättringar uppnådde högre insamlingseffektivitet än tidigare.
Forskare antog också en effektiv tidsfiltreringsteknik för brusdämpning. Tekniken kan minska det totala antalet brusfotoner till cirka 0,4 KHz, vilket är minst 50 gånger mindre än tidigare arbeten.
Från vänster till höger är:foto taget med synligt ljus, rekonstruerad djupbild från metod föreslagen av Lindell et al. och den verkliga djupprofilen. Kredit:LI Zhengping et al.
Experimentresultat visade att systemet kan uppnå exakt 3D-avbildning på upp till 201,5 km med singelfotonkänslighet.
Detta arbete kan ge förbättrade metoder för lågeffekt, single-photon lidar för högupplöst aktiv avbildning och avkänning över långa avstånd och öppnar upp en ny väg för tillämpning av långdistansmåligenkänning och jordobservation.
