【光电前沿】水下单光子测绘和成像系统取得技术突破

英国Sonardyne公司正在联合大学和技术公司，开展一个突破性的水下单光子测绘和成像系统项目。他们获得了英国创新公司量子技术商业化挑战项目（Innovate UK Commercialising Quantum Technologies Challenge）270 万英镑的资助。

革命性的水下单光子成像系统（USPIS）项目将开发能够在所有水下环境中提供大面积、高分辨率三维图像的下一代技术和设备。

该联盟汇集了六家具有世界级背景的重要工业、研究和学术机构数十年的专业知识和经验，共同开发具有商业可行性的水下测绘系统：

• Sonardyne 国际公司——在提供水下定位、传感和成像系统方面拥有 50 多年的专业经验；其正在领导该项目的系统集成和测试。

• Fraunhofer英国研究公司——正在开发激光系统和进行环境测试。

• RedWave实验室公司——正在为 100 皮秒脉冲激光源设计和制造坚固耐用的紧凑型控制电子设备。

• Photon Force公司——正在开发下一代一维 SPAD 阵列传感器和配套的现场可编程门阵列（FPGA），用于在散射环境中成像的板载处理。

• 赫瑞瓦特大学——在其广泛研究的基础上，利用其测试设施，将其知识应用于收发器系统和单光子成像技术的设计。

• 爱丁堡大学——将利用其在设计三维成像 SPAD 方面的经验，协助赫瑞瓦特大学在水下环境中评估这些 SPAD，为定制 SPAD 传感器和成像系统的设计提供信息。

该项目将利用创新的单光子阵列探测器技术，结合产生极短和高功率光脉冲的激光，提供海底测绘系统。该系统将部署在水下航行器上，在海底上方一定高度生成三维地图。

目前的声纳和激光成像技术受到水的透明度、范围和光量的限制。该项目将应用单光子成像探测技术，即使在光线不足、水质浑浊的情况下，也能在距离海底较高的位置生成高度详细的图像。

这种新方法不同于其他技术，因为它依赖于最先进的SPAD探测技术，即使在光线极弱的情况下，也能通过长距离或浑浊的海水生成三维图像。该系统的运行高度和速度远远超过目前的光学系统。

海上风电场的安装和运行、石油和天然气钻井平台的退役、环境监测和安全操作等越来越多的重要海底应用均需要高分辨率三维地图。随着全球环保意识的不断提高和清洁能源的不断使用，对更加详细的海底信息的需求也将与日俱增。

该项目已实施两年，原型设备的测试将于 2024 年 4 月开始。

（天津津航技术物理研究所 杨茗）

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