(a) Fotografia a banda visibile delle montagne scattata da una fotocamera astronomica standard dotata di telescopio. L'altitudine è di circa 4500 m. (b) Schema schematico dell'apparato sperimentale. (c) Fotografia dell'hardware di installazione, compreso il sistema ottico (in alto e in basso a sinistra) e il sistema di controllo elettronico (in basso a destra). (d) Vista del laboratorio temporaneo in cui è stato implementato il lidar ad un'altitudine di 1770 m. Credito:LI Zhengping et al.
Un team di ricerca guidato dal professor Pan Jianwei e dal professor Xu Feihu dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina ha ottenuto immagini 3D a fotone singolo su 200 km utilizzando dispositivi ottici ad alta efficienza e una nuova tecnica di soppressione del rumore, che è stato commentato dal revisore come un tentativo quasi "eroico" di imaging lidar a singolo fotone a distanze molto lunghe.
La tecnologia di imaging Lidar ha consentito l'imaging 3D ad alta precisione delle scene target negli ultimi anni. Il lidar per imaging a fotone singolo è una tecnologia ideale per l'imaging ottico remoto con sensibilità a livello di singolo fotone e risoluzione al picosecondo, tuttavia la sua gamma di immagini è strettamente limitata dal conteggio quadraticamente decrescente di fotoni che riecheggia.
I ricercatori hanno prima ottimizzato l'ottica del ricetrasmettitore. La configurazione del sistema lidar ha adottato un design di scansione coassiale per i percorsi ottici di trasmissione e ricezione, che può allineare i punti di trasmissione e ricezione in modo più preciso e ottenere immagini a risoluzione più elevata rispetto ai metodi tradizionali.
Per differenziare un segnale di eco debole da un forte rumore di fondo, il team ha sviluppato un rivelatore a diodo a valanga a fotone singolo (SPAD) con un'efficienza di rilevamento del 19,3% e un basso tasso di conteggio del buio (0,1 kHz). Ulteriore, i ricercatori hanno rivestito il loro telescopio per ottenere un'elevata trasmissione a 1550 nm. Tutti questi miglioramenti hanno raggiunto una maggiore efficienza di raccolta rispetto a prima.
I ricercatori hanno anche adottato un'efficiente tecnica di filtraggio temporale per la soppressione del rumore. La tecnica può ridurre il numero totale di fotoni di rumore a circa 0,4 KHz, che è almeno 50 volte più piccolo del lavoro precedente.
Da sinistra a destra sono:foto scattata con luce visibile, immagine di profondità ricostruita dal metodo proposto da Lindell et al. e il profilo di profondità reale. Credito:LI Zhengping et al.
I risultati dell'esperimento hanno mostrato che il sistema può ottenere immagini 3D accurate fino a 201,5 km con sensibilità al singolo fotone.
Questo lavoro potrebbe fornire metodi avanzati per bassa potenza, lidar a fotone singolo per immagini attive ad alta risoluzione e rilevamento su lunghe distanze e aprono una nuova strada per l'applicazione del riconoscimento di bersagli a lungo raggio e dell'osservazione della terra.
