(a) Fotografia de faixa visível das montanhas tirada por uma câmera astronômica padrão equipada com um telescópio. A elevação é de aproximadamente 4500 m. (b) Diagrama esquemático da configuração experimental. (c) Fotografia do hardware de configuração, incluindo o sistema ótico (superior e inferior esquerdo) e o sistema de controle eletrônico (inferior direito). (d) Vista do laboratório temporário onde lidar foi implementado a uma altitude de 1770 m. Crédito:LI Zhengping et al.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo professor Pan Jianwei e pelo professor Xu Feihu da Universidade de Ciência e Tecnologia da China obteve imagens 3D de fóton único em mais de 200 km usando dispositivos ópticos de alta eficiência e uma nova técnica de supressão de ruído, que foi comentado pelo revisor como uma tentativa quase "heróica" de geração de imagens lidar com fóton único a distâncias muito longas.
A tecnologia de imagem Lidar permitiu imagens 3D de alta precisão de cenas-alvo nos últimos anos. Lidar de imagem de fóton único é uma tecnologia ideal para imagens ópticas remotas com sensibilidade de nível de fóton único e resolução de picossegundos, no entanto, seu alcance de imagem é estritamente limitado pela contagem quadraticamente decrescente de fótons que ecoam de volta.
Os pesquisadores primeiro otimizaram a ótica do transceptor. A configuração do sistema LIDAR adotou um projeto de varredura coaxial para transmitir e receber caminhos ópticos, que pode alinhar os pontos de transmissão e recepção com mais precisão e obter imagens de alta resolução em comparação com os métodos tradicionais.
Para diferenciar o sinal de eco fraco de forte ruído de fundo, a equipe desenvolveu um detector de diodo de avalanche de fóton único (SPAD) com uma eficiência de detecção de 19,3% e uma baixa taxa de contagem de escuridão (0,1 kHz). Avançar, pesquisadores revestiram seu telescópio para alcançar alta transmissão em 1550 nm. Todas essas melhorias alcançaram maior eficiência de coleta do que antes.
Os pesquisadores também adotaram uma técnica de filtragem temporal eficiente para supressão de ruído. A técnica pode reduzir o número total de contagens de fótons de ruído para cerca de 0,4 KHz, que é pelo menos 50 vezes menor do que o trabalho anterior.
Da esquerda para a direita estão:fotos tiradas com luz visível, imagem de profundidade reconstruída a partir do método proposto por Lindell et al. e o perfil de profundidade real. Crédito:LI Zhengping et al.
Os resultados do experimento mostraram que o sistema pode obter imagens 3D precisas em até 201,5 km com sensibilidade de fóton único.
Este trabalho pode fornecer métodos aprimorados para baixo consumo de energia, lidar com fóton único para imagem ativa de alta resolução e detecção em longo alcance e abre um novo caminho para a aplicação de reconhecimento de alvos de longo alcance e observação da Terra.
