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发布时间:2021-07-30     来源于:上海研究院

中国科学技术大学教授潘建伟、张强、徐飞虎等与济南量子技术研究院合作,利用频率上转换单光子探测技术,实验实现了毫米级非视域三维成像,是目前非视域成像的最高精度,为该技术的实用化发展开辟了新道路。研究成果于2021年7月28日发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上,并被美国物理协会下属网站Physics SYNOPSIS栏目专题报道。

傳統光學成像手段只能對相機視場範圍內的目標物體進行成像。非視域成像利用單光子探測技術記錄單個光子的飛行時間信息,結合相關計算成像算法,可以實現對相機視場範圍外的目標成像。該技術在反恐偵察、醫療檢測等領域具有廣泛的應用價值。在非視域成像技術中,由于光子的飛行時間信息包含了物體間的相對空間位置信息,故對光子飛行時間記錄的精度會直接影響物體三維空間重構的精度。傳統的非視域成像實驗受限于單光子探測器的時間分辨能力(最優幾十皮秒),其成像精度僅能達到厘米級。

中國科大研究團隊利用脈沖泵浦頻率上轉換探測技術,實現了時間分辨能力達到1.4皮秒的近紅外單光子探測器,並通過長波泵浦和時間域濾波方式將探測器的暗計數降低至5Hz(詳見圖1)。利用該單光子探測器所搭建的非視域成像系統,一方面借助于對漫反射牆回波和目標物體信號回波的分時探測,成功解決了非視域成像技術中難以實現完全同軸的成像系統的問題;另一方面借助于高時間分辨能力,成功實現了對視域外目標物體的高精度三維重構,其橫向空間分辨能力達到2mm,縱向空間分辨能力達到0.18mm。最終,研究團隊成功對視域外毫米級大小的字母實現了高精度非視域成像(詳見圖2)。

《物理评论快报》杂质的审稿人给予高度评价,称赞“该工作对于非视域成像领域的研究工作者来说极为有趣,是一项重要的技术里程碑”(This work is an important technical milestone, which will be very interesting to everyone working in the field of (NLOS) imaging.)。该工作有望在非视域目标探测、反恐防暴、紧急救援、智能驾驶等领域得到应用,该工作得到科技部、基金委、山东省、安徽省等的资助和支持。

論文鏈接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.053602

Physics網站新聞鏈接:https://physics.aps.org/articles/v14/s97

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                            图1. (a).高精度非视域成像装置,(b).脉冲泵浦上转换单光子探测器时间分辨力实验结果,

                                            (c).脉冲泵浦上转换单光子探测器探测效率及暗计数实验结果。

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                                       图2. (a).成像目标文字,(b).本工作非视域成像结果, (c).传统非视域成像结果。

 

 

(合肥微尺度物質科學國家研究中心、中科院量子信息與量子科技創新研究院、科研部)