(a) Photographie en bande visible des montagnes prise par une caméra astronomique standard équipée d'un télescope. L'altitude est d'environ 4500 m. (b) Schéma de principe du montage expérimental. (c) Photographie du matériel d'installation, comprenant le système optique (en haut et en bas à gauche) et le système de contrôle électronique (en bas à droite). (d) Vue du laboratoire temporaire où le lidar a été mis en œuvre à une altitude de 1770 m. Crédit :LI Zhengping et al.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Pan Jianwei et le professeur Xu Feihu de l'Université des sciences et technologies de Chine a réalisé une imagerie 3D à photon unique sur 200 km à l'aide de dispositifs optiques à haute efficacité et d'une nouvelle technique de suppression du bruit, ce qui a été commenté par le critique comme une tentative presque « héroïque » d'imagerie lidar à photon unique à de très longues distances.
La technologie d'imagerie Lidar a permis l'imagerie 3D de haute précision de scènes cibles ces dernières années. Le lidar d'imagerie à photon unique est une technologie idéale pour l'imagerie optique à distance avec une sensibilité de niveau de photon unique et une résolution en picosecondes, pourtant, sa plage d'imagerie est strictement limitée par le nombre décroissant de photons qui se répercutent.
Les chercheurs ont d'abord optimisé l'optique de l'émetteur-récepteur. La configuration du système lidar a adopté une conception de balayage coaxial pour les chemins optiques de transmission et de réception, qui peut aligner plus précisément les spots d'émission et de réception et obtenir une imagerie à plus haute résolution par rapport aux méthodes traditionnelles.
Pour différencier un signal d'écho faible d'un bruit de fond fort, l'équipe a développé un détecteur à diode à avalanche à photon unique (SPAD) avec une efficacité de détection de 19,3 % et un faible taux de comptage dans l'obscurité (0,1 kHz). Plus loin, les chercheurs ont recouvert leur télescope pour obtenir une transmission élevée à 1550 nm. Toutes ces améliorations ont permis d'obtenir une efficacité de collecte plus élevée qu'auparavant.
Les chercheurs ont également adopté une technique de filtrage temporel efficace pour la suppression du bruit. La technique peut réduire le nombre total de photons de bruit à environ 0,4 KHz, ce qui est au moins 50 fois plus petit que les travaux précédents.
De gauche à droite :photo prise en lumière visible, image de profondeur reconstruite à partir de la méthode proposée par Lindell et al. et le profil de profondeur réel. Crédit :LI Zhengping et al.
Les résultats de l'expérience ont montré que le système peut obtenir une imagerie 3D précise jusqu'à 201,5 km avec une sensibilité à un seul photon.
Ces travaux pourraient fournir des méthodes améliorées pour les lidar à photon unique pour l'imagerie et la détection actives à haute résolution sur de longues distances et ouvrir une nouvelle voie pour l'application de la reconnaissance de cibles à longue distance et de l'observation de la Terre.
