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短波红外单光子激光雷达研究进展

2023-12-04

中国科学技术大学王亮教授团队和问天量子有限公司合作研发的短波红外单光子激光雷达取得重大进展。研究团队通过全自主研发的单光子探测器芯片，匹配读出电路，结合全光纤激光雷达，开发了全天候、大扫描角度的激光雷达成像系统，为短波红外单光子成像及其核心芯片制备提供了开创性的方法，相关成果以“Single-Photon Depth Imaging Using a Photodetector With a Wire-Bonding Quenching Resistor.”为题，发表在探测器领域的知名期刊IEEESensorsJournal上。
单光子激光雷达技术在遥感、自动驾驶、无人机导航等领域中扮演着关键角色。该技术利用时间相关单光子计数技术（TCSPC），能够实现超高分辨率和长距离目标探测，具有巨大的潜力，在军事、航空航天、环境监测等领域中得到广泛应用。其中，大气传输性能好、人眼安全的1550nm波段的激光雷达更是目前研究的重点。
研究团队在芯片封装过程中通过金丝键合淬灭电阻的方式，使得InGaAs单光子探测器在优化过的读出电路下，以较为良好的光电性能工作在自由运行模式。该单光子探测模块在243K工作温度以及5μs死时间下，实现了3.96%的低后脉冲概率以及0.9KHz的暗计数率。同时，该模块在激光雷达系统中，以较低的脉冲激光功率（5mW@40KHz）实现了在雾天3km的深度成像。并且研究团队实现了从激光雷达的核心芯片、读出电路，到整个激光雷达系统的全国产化自主开发，对推动国内短波红外远距离单光子激光雷达有着重要的意义。
短波红外单光子激光雷达研究进展 (https://ic.work/) 传感器 第1张
图1.单光子激光雷达系统以及成像结果 中国科学技术大学光学与光学工程系王亮教授为该论文的通讯作者，博士研究生刘英见为该论文的第一作者。本项研究得到安徽省科技厅的资助，也得到了中国科大物理学院、中国电子科技集团第38研究所、中国科大微纳研究与制造中心、中国科学院量子信息重点实验室的支持。

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