近年来，激光雷达成像技术能够对目标场景进行高精度三维成像。然而，如何实现远距离单光子成像雷达是该领域的研究热点，一直面临着巨大挑战。近日，中国科学技术大学教授潘建伟、徐飞虎等实现超过200 km的远距离单光子三维成像，首次将成像距离从十公里突破到百公里量级，为远距离目标识别、对地观测等领域的应用开辟了新道路。

潘建伟、徐飞虎研究组经过长期的成像算法和光学技术攻关，发展了单像素单光子成像算法、近红外波段高效率单光子收集和探测、近衍射极限收发一体光学控制等核心技术。研究团队于2019年在城市环境中实现了距离达 45 km 的单光子三维成像，突破了由英国哈利瓦特大学保持的最远距离纪录（10 km），将成像距离拓展到 201.5 km，成像灵敏度达到平均每个像素0.4个信号光子。

为了实现百公里单光子成像，研究团队搭建了全新的单光子雷达系统（图1），并发展了针对远距离成像的多项新技术，包括原创的时间滤波抑制噪声技术（提高信噪比达50倍），自主研制的小型化高效率、低噪声铟镓砷红外单光子探测器（探测效率19.3%， 暗计数 0.1 kHz ），对整套光学系统进行光学镀膜（系统透过率提高2倍）等。

图1：单光子成像实验装置图：(a)201.5 km外目标的可见光相机图，(b)光学系统示意图，(c)实验装置实物，(d)实验场地图。

基于此单光子雷达系统，研究人员于2020年1月在新疆的高山上对百公里外的多个目标进行三维成像（图2），并测试了单光子计算成像算法；结果显示该系统可以在 200 km范围内进行精确的三维成像，成像灵敏度达到单像素单光子。

图2：201.5 km成像结果（a）可见光相机图，（b）算法重构结果图，（c）重构结果立体视图。

该研究工作对于面向低功耗、高分辨率等实用化需求的远距离激光雷达研究具有重要应用价值。审稿人对该工作给予高度评价，称赞“在远距离成像上的成就令人印象深刻”（the achievement of long-range imaging is impressive）、“在远距离单光子成像中的一次壮举”（an almost “heroic” attempt at single photon lidar imaging at very long distances）。