相干双光子激光雷达的突破克服了范围限制

新的研究揭示了光探测和测距(LIDAR)技术的进步，在测量远程物体的距离方面提供了无与伦比的灵敏度和精度。

这项发表在《物理评论快报》上的研究是韩国浦项科技大学的Yoon-HoKim教授团队与朴茨茅斯大学量子科学与技术中心合作的结果。

相干激光雷达长期以来一直是距离测量的基石，但其功能一直受到光源相干时间的限制。研究人员开创性地推出了双光子激光雷达，消除了相干时间带来的范围限制，以实现对远远超出光源光谱带宽规定的相干时间的远程物体的精确测距。

这项研究受到量子科学与技术中心主任VincenzoTamma教授最近领导的工作的启发，利用了超出相干性的热光的双光子干涉。与相干时间是限制因素的传统相干激光雷达不同，相干双光子激光雷达中的二阶干涉条纹不受光源的短相干时间(由光源的光谱带宽决定)的影响。

实验证明的方案利用简单的热光源(例如太阳光)和两个相机与双狭缝掩模相互作用，其中两个狭缝A和B分开超出光源的相干长度。两个狭缝发出的光或者沿着已知光长的路径朝向第一检测器D1，或者向未知距离处的远程物体传播并且被其反射后被第二检测器D2检测。

Tamma教授最近与巴里大学和韩国浦项科技大学合作进行的研究首次从理论上证明，即使存在湍流，也可以通过测量物体的空间相关性来估计远程物体的距离。两个探测器探测到的光的强度。

对从双缝到物体的未知距离的敏感性是两个双光子路径之间的相位相关干涉的结果：i)从针孔A到探测器D1和从针孔B到探测器D2;ii)从针孔A到D2以及从针孔B到D1。正是在这种与相位相关的干扰中，物体的距离值被编码并通过空间相关测量来检索。

如果两个狭缝之一关闭，则无法观察到相位相关的干涉。著名的汉伯里-布朗和特威斯(HBT)实验就是如此，该实验于1954年为量子光学和量子技术的发展铺平了道路。事实上，在标准HBT双光子干涉中，当时仅由单个狭缝的贡献引起，通过对两个探测器处的光强度进行相关测量，无法观察到干涉跳动。

尽管如此，当两个狭缝都打开时，我们可以观察到额外的、但这次与相位相关的干扰贡献，该干扰贡献取决于远程物体的未知距离，并且是由从两个不同狭缝到两个可能的双光子路径之间的干涉引起的。正如之前预测的那样，两个探测器。

从基本角度来看，这种与相位相关的贡献的出现是一种相当反直觉的效应，也是这种技术的技术影响的核心，现已在Yoon-HoKim教授的实验室中进行了实验证明。在浦项科技大学。

这项新研究表明，相干双光子激光雷达对湍流和环境噪声具有鲁棒性，标志着激光雷达技术在具有挑战性的环境中的适用性取得了重大飞跃。

研究合著者Tamma教授表示：“这一突破开辟了经典光中双光子相关性的新应用，突破了之前认为激光雷达技术可能实现的界限。”“我们的相干双光子激光雷达技术不仅克服了与相干时间相关的范围限制，而且在面对外部干扰时也表现出了卓越的弹性。”

这些发现有可能促进基于热光相关测量的新型传感技术的发展。这些可能可用于自动驾驶汽车、机器人、环境监测等领域。

以更高的精度和可靠性测量超出相干时间的距离的能力有可能重塑依赖精确距离测量的行业。

研究团队设想与行业合作伙伴和利益相关者合作，在现实场景中进一步开发和实施相干双光子激光雷达

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