USTC สร้างความก้าวหน้าที่สำคัญใน Lidar โฟตอนเดี่ยวอินฟราเรดคลื่นสั้น

ทีมงานของ Prof. Liang Wang จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) มีความก้าวหน้าอย่างมากใน LIDAR โฟตอนเดี่ยวอินฟราเรดคลื่นสั้น ซึ่งได้รับการพัฒนาร่วมกับ Inquirer Quantum Co. ทีมวิจัยได้พัฒนา LIDAR สำหรับทุกสภาพอากาศ , ระบบสร้างภาพ LIDAR แบบมุมสแกนขนาดใหญ่โดยใช้ชิปตัวตรวจจับโฟตอนเดี่ยวที่พัฒนาขึ้นอย่างอิสระ วงจรการอ่านค่าที่ตรงกัน และการรวมกับ LIDAR แบบไฟเบอร์ทั้งหมด ถือเป็นวิธีการบุกเบิกสำหรับการถ่ายภาพโฟตอนเดี่ยวแบบอินฟราเรดคลื่นสั้นและการเตรียมชิปหลัก และผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องได้สรุปไว้ในหัวข้อ "การถ่ายภาพความลึกโฟตอนเดี่ยวโดยใช้ชิปตัวตรวจจับโฟตอนเดี่ยว" การถ่ายภาพความลึกของโฟตอนโดยใช้เครื่องตรวจจับแสงพร้อมตัวต้านทานการชุบแข็งด้วยลวดเชื่อม" ผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องได้รับการตีพิมพ์ในวารสารที่มีชื่อเสียงในสาขาเครื่องตรวจจับ IEEESensorsJournal IEEESensorsJournal
เทคโนโลยี LIDAR โฟตอนเดี่ยวมีบทบาทสำคัญในการสำรวจระยะไกล การขับขี่อัตโนมัติ และการนำทาง UAV ด้วยการใช้การนับโฟตอนเดี่ยว (TCSPC) ที่สัมพันธ์กับเวลา เทคโนโลยีนี้มีความสามารถในการตรวจจับเป้าหมายที่มีความละเอียดสูงพิเศษและระยะไกล ซึ่งมีศักยภาพสูงและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการทหาร การบินและอวกาศ การตรวจสอบสิ่งแวดล้อม และสาขาอื่น ๆ การวิจัยในปัจจุบันมุ่งเน้น LIDAR ในย่านความถี่ 1550 นาโนเมตร ซึ่งมีประสิทธิภาพการถ่ายทอดบรรยากาศที่ดีและปลอดภัยต่อดวงตาของมนุษย์
ทีมวิจัยได้ทำให้เครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยว InGaAs ทำงานในโหมดทำงานอิสระพร้อมประสิทธิภาพออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ดีขึ้นภายใต้วงจรการอ่านข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม โดยใช้ความต้านทานการชุบแข็งของพันธะลวดทองในระหว่างกระบวนการบรรจุชิป โมดูลเครื่องตรวจจับโฟตอนเดี่ยวมีความน่าจะเป็นอาฟเตอร์พัลส์ต่ำที่ 3.96% และอัตราการนับความมืดที่ 0.9 KHz ที่อุณหภูมิการทำงาน 243 K และ Dead Time ที่ 5 μs ในเวลาเดียวกัน โมดูลสามารถถ่ายภาพความลึก 3 กม. ในสภาพอากาศที่มีหมอกหนาด้วยกำลังเลเซอร์พัลส์ต่ำ (5mW@40KHz) ในระบบ LiDAR นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังได้ตระหนักถึงการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นอย่างเต็มรูปแบบและการพัฒนาอย่างเป็นอิสระจากชิปหลักและวงจรการอ่านค่าของ LIDAR ไปจนถึงระบบ LIDAR ทั้งหมด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการส่งเสริม LIDAR โฟตอนเดี่ยวอินฟราเรดคลื่นสั้นในประเทศ

รูปที่ 1 ระบบไลดาร์โฟตอนเดี่ยวและผลการถ่ายภาพ
ศาสตราจารย์ Liang Wang จากภาควิชาทัศนศาสตร์และวิศวกรรมทัศนศาสตร์ มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) เป็นผู้เขียนบทความที่เกี่ยวข้อง และดร. Yingmei Liu นักศึกษาปริญญาเอกเป็นผู้เขียนบทความคนแรก งานวิจัยนี้ได้รับทุนสนับสนุนจาก Department of Science and Technology of Anhui Province และยังได้รับการสนับสนุนจาก School of Physics of the University of Science and Technology of China (USTC) ซึ่งเป็นสถาบันวิจัยแห่งที่ 38 ของ China Electronic Science and Technology Group (CESTG) , ศูนย์การวิจัยและการผลิตไมโครนาโน (CMSM) ของ USTC และห้องปฏิบัติการหลักข้อมูลควอนตัม (KLQI) ของ Chinese Academy of Sciences