【光学前沿】新型激光雷达系统实现远距离高精度成像

    2025年2月10日,外国科学家开发出一种新型激光雷达系统，能够显著提高远距离以及穿过雾、烟或伪装等障碍物对人脸和活动识别的准确性。这一突破性的研究成果为安全监控、遥感探测等领域带来了新的可能性。

    研究人员表示，他们所开发的灵敏激光雷达系统可以生成高分辨率3D图像，其效率是其他研究小组正在开发的类似激光雷达系统的两倍，图像分辨率至少提高了10倍。在325米的距离上，研究人员能够以毫米级细节对人脸进行3D图像处理，并表示同样的系统可用于准确检测最远一公里距离的人脸和人类活动。

    这项工作是由赫瑞瓦特大学单光子小组与美国宇航局加州理工学院喷气推进实验室(JPL)、麻省理工学院和格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院合作完成的。该系统使用激光脉冲来测量场景中物体的距离，其突破在于能够测量激光脉冲从系统传播到物体并返回所需的时间，精度约为13皮秒，比研究人员之前所能做到的要好10倍左右。

    主要作者、赫瑞瓦特大学光子学和量子科学研究所研究员AongusMcCarthy表示：“我们的研究结果表明，该系统具有巨大的潜力，可以在白天或黑暗条件下从远距离构建详细的高分辨率3D场景图像。例如，如果有人站在伪装网后面，该系统可以确定他们是在玩手机、拿着东西还是只是站在那里闲着。因此，从安全和防御的角度来看，该系统有许多潜在的应用。”

    该系统的一个关键优势是能够在光天化日之下准确测量距离，而太阳散射光通常会对测量过程产生负面影响。通过使用大于肉眼可见的激光波长（1550纳米），日光背景显著减少。这种波长也非常适合在大气和光纤中进行非常高的传输。此外，系统的激光输出功率低且“人眼安全”，这意味着系统发出的激光束在任何距离都可以安全地观看。

    研究人员在屋顶实验室可见的三个距离测试了他们的系统：45米外的邻近屋顶、325米外的地面位置以及恰好一公里外的远处无线电桅杆。研究合著者GregorTaylor在45米和325米的位置摆姿势，而他的同事则扫描他的头部。研究人员表示，他们有兴趣在更长的距离上测试该系统，例如在10公里外识别车辆类型，无论是汽车、货车还是坦克。

    麦卡锡说，该系统还可用于监测建筑物或岩面的移动，以评估地面下沉或其他潜在危险。该团队使用由NASA喷气推进实验室和麻省理工学院开发的一种非常先进的探测器（超导纳米线单光子探测器）构建了该系统。该探测激光器必须使用由格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院光子学教授罗伯特哈德菲尔德的量子传感器小组设计和开发的低温制冷机冷却到约-272ºC的极低温度。