中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王亮教授團隊和問(wèn)天量子有限公司合作研發(fā)的短波紅外單光子激光雷達取得重大進(jìn)展。研究團隊通過(guò)全自主研發(fā)的單光子探測器芯片，匹配讀出電路，結合全光纖激光雷達，開(kāi)發(fā)了全天候、大掃描角度的激光雷達成像系統，為短波紅外單光子成像及其核心芯片制備提供了開(kāi)創(chuàng )性的方法。
相關(guān)成果以“Single-Photon Depth Imaging Using a Photodetector With a Wire-Bonding Quenching Resistor”為題，發(fā)表在探測器領(lǐng)域的知名期刊IEEE Sensors Journal上。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光學(xué)與光學(xué)工程系王亮教授為該論文的通訊作者，博士研究生劉英見(jiàn)為該論文的第一作者。
單光子激光雷達技術(shù)在遙感、自動(dòng)駕駛、無(wú)人機導航等領(lǐng)域中扮演著(zhù)關(guān)鍵角色。該技術(shù)利用時(shí)間相關(guān)單光子計數技術(shù)（TCSPC），能夠實(shí)現超高分辨率和長(cháng)距離目標探測，具有巨大的潛力，在軍事、航空航天、環(huán)境監測等領(lǐng)域中得到廣泛應用。其中，大氣傳輸性能好、人眼安全的1550 nm波段的激光雷達更是目前研究的重點(diǎn)。
研究團隊在芯片封裝過(guò)程中通過(guò)金絲鍵合淬滅電阻的方式，使得InGaAs單光子探測器在優(yōu)化過(guò)的讀出電路下，以較為良好的光電性能工作在自由運行模式。
圖1 集成了微透鏡和DBR的單光子探測器
該單光子探測模塊在243 K工作溫度以及5 μs死時(shí)間下，實(shí)現了3.96%的低后脈沖概率以及0.9 KHz的暗計數率。同時(shí)，該模塊在激光雷達系統中，以較低的脈沖激光功率（5 mW@40 KHz）實(shí)現了在霧天3 km的深度成像。并且研究團隊實(shí)現了從激光雷達的核心芯片、讀出電路，到整個(gè)激光雷達系統的全國產(chǎn)化自主開(kāi)發(fā)，對推動(dòng)國內短波紅外遠距離單光子激光雷達有著(zhù)重要的意義。
圖2 單光子激光雷達系統以及成像結果
本項研究得到安徽省科技廳的資助，也得到了中國科大物理學(xué)院、中國電子科技集團第38研究所、中國科大微納研究與制造中心、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室的支持。
