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《今日物理》《物理世界》报道研究院高精度非视域成像成果

发布时间:

2021-08-17

日前,《今日物理(Physics Today)》《物理世界(Physics World)》接连报道研究院非视域三维成像的最新科研成果。研究院执行院长张强教授、谢秀平研究员、郑名扬副研究员、汪斌博士等与中国科大潘建伟院士和徐飞虎教授等合作,利用皮秒级时间分辨频率上转换单光子探测技术,实验实现毫米级非视域三维成像,这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新道路。


Physics Today为美国物理联合会(American Institute of Physics, AIP)旗舰杂志,是世界上最有影响力和最具权威的物理学期刊之一,该杂志主要收录全球科学界权威人士对物理学重要研究进展的评论与讨论、物理学新闻以及物理学历史上发生的主要事件等。Physics World是欧洲物理学会主办的杂志,被公认为世界领先的物理杂志。在此之前,研究院这项最新研究成果已作为特色推荐文章,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。


传统光学成像手段只能对相机视场范围内的目标物体进行成像。非视域成像利用单光子探测技术记录单个光子的飞行时间信息,结合相关计算成像算法,可以实现对相机视场范围外的目标成像。要想实现高精度非视域成像,必须要提高探测器的时间分辨能力,但国内外现有单光子探测器无法实现高精度时间分辨能力,研究院团队利用自主研发的脉冲泵浦频率上转换技术,实现了时间分辨能力达到1.4皮秒的近红外波段探测器,并通过长波泵浦和时间域滤波方式将探测器的暗计数降低至5Hz。最终,成功对视域外毫米级尺度的字母实现了成像。


本次实验中发挥重要作用的脉冲泵浦频率上转换芯片是研究院研制的多通道量子频率转换芯片。2012年前后,在量子信息技术领域,尤其是单光子探测与远距离量子存储器方面,亟需量子频率转换芯片。为满足研究与应用的需要,在省、市相关科研基金的支持下,研究院组建科研团队,从平台搭建起步,向自主研发量子频率转换芯片迈出了坚定的步伐。经过近两年的努力,芯片初步成型。此后,科研人员克服多项技术难点,不断优化芯片性能,最终在2020年9月成功研制出集成化的多通道量子频率转换芯片。该芯片基于逆向质子交换的周期性极化铌酸锂波导(PPLN),实现多通道光量子非线性频率转换,且频率转换过程中保持光子的量子特性不变。


目前研究院已建成世界领先的掌握逆向质子交换技术的铌酸锂波导研发平台,可以根据不同的应用场景开展定制研发芯片、器件,将广泛应用于高速量子密钥分发、深空激光通信、单光子成像及激光雷达等领域。研究院正在全力推动技术成果落地转化,争取在实现经济效益的同时,带动上下游产业链发展,助力济南培育千亿级量子信息产业。