中國(guó)科大在短波紅外單光子激光雷達(dá)取得重要進(jìn)展

  ICC訊 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王亮教授團(tuán)隊(duì)和問(wèn)天量子有限公司合作研發(fā)的短波紅外單光子激光雷達(dá)取得重大進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)全自主研發(fā)的單光子探測(cè)器芯片，匹配讀出電路，結(jié)合全光纖激光雷達(dá)，開(kāi)發(fā)了全天候、大掃描角度的激光雷達(dá)成像系統(tǒng)，為短波紅外單光子成像及其核心芯片制備提供了開(kāi)創(chuàng)性的方法，相關(guān)成果以“Single-Photon Depth Imaging Using a Photodetector With a Wire-Bonding Quenching Resistor.”為題，發(fā)表在探測(cè)器領(lǐng)域的知名期刊IEEESensorsJournal上。

  單光子激光雷達(dá)技術(shù)在遙感、自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航等領(lǐng)域中扮演著關(guān)鍵角色。該技術(shù)利用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)(TCSPC)，能夠?qū)崿F(xiàn)超高分辨率和長(zhǎng)距離目標(biāo)探測(cè)，具有巨大的潛力，在軍事、航空航天、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。其中，大氣傳輸性能好、人眼安全的1550nm波段的激光雷達(dá)更是目前研究的重點(diǎn)。

  研究團(tuán)隊(duì)在芯片封裝過(guò)程中通過(guò)金絲鍵合淬滅電阻的方式，使得InGaAs單光子探測(cè)器在優(yōu)化過(guò)的讀出電路下，以較為良好的光電性能工作在自由運(yùn)行模式。該單光子探測(cè)模塊在243K工作溫度以及5μs死時(shí)間下，實(shí)現(xiàn)了3.96%的低后脈沖概率以及0.9KHz的暗計(jì)數(shù)率。同時(shí)，該模塊在激光雷達(dá)系統(tǒng)中，以較低的脈沖激光功率(5mW@40KHz)實(shí)現(xiàn)了在霧天3km的深度成像。并且研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了從激光雷達(dá)的核心芯片、讀出電路，到整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的全國(guó)產(chǎn)化自主開(kāi)發(fā)，對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)短波紅外遠(yuǎn)距離單光子激光雷達(dá)有著重要的意義。

圖1 單光子激光雷達(dá)系統(tǒng)以及成像結(jié)果

  中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)光學(xué)與光學(xué)工程系王亮教授為該論文的通訊作者，博士研究生劉英見(jiàn)為該論文的第一作者。本項(xiàng)研究得到安徽省科技廳的資助，也得到了中國(guó)科大物理學(xué)院、中國(guó)電子科技集團(tuán)第38研究所、中國(guó)科大微納研究與制造中心、中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

  https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/10235888