中國科大在短波紅外單光子激光雷達取得重要進展

  ICC訊 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王亮教授團隊和問天量子有限公司合作研發(fā)的短波紅外單光子激光雷達取得重大進展。研究團隊通過全自主研發(fā)的單光子探測器芯片，匹配讀出電路，結(jié)合全光纖激光雷達，開發(fā)了全天候、大掃描角度的激光雷達成像系統(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)表在探測器領(lǐng)域的知名期刊IEEESensorsJournal上。

  單光子激光雷達技術(shù)在遙感、自動駕駛、無人機導(dǎo)航等領(lǐng)域中扮演著關(guān)鍵角色。該技術(shù)利用時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)(TCSPC)，能夠?qū)崿F(xiàn)超高分辨率和長距離目標探測，具有巨大的潛力，在軍事、航空航天、環(huán)境監(jiān)測等領(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波段的激光雷達更是目前研究的重點。

  研究團隊在芯片封裝過程中通過金絲鍵合淬滅電阻的方式，使得InGaAs單光子探測器在優(yōu)化過的讀出電路下，以較為良好的光電性能工作在自由運行模式。該單光子探測模塊在243K工作溫度以及5μs死時間下，實現(xiàn)了3.96%的低后脈沖概率以及0.9KHz的暗計數(shù)率。同時，該模塊在激光雷達系統(tǒng)中，以較低的脈沖激光功率(5mW@40KHz)實現(xiàn)了在霧天3km的深度成像。并且研究團隊實現(xiàn)了從激光雷達的核心芯片、讀出電路，到整個激光雷達系統(tǒng)的全國產(chǎn)化自主開發(fā)，對推動國內(nèi)短波紅外遠距離單光子激光雷達有著重要的意義。

圖1 單光子激光雷達系統(tǒng)以及成像結(jié)果

  中國科學(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，博士研究生劉英見為該論文的第一作者。本項研究得到安徽省科技廳的資助，也得到了中國科大物理學(xué)院、中國電子科技集團第38研究所、中國科大微納研究與制造中心、中國科學(xué)院量子信息重點實驗室的支持。

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