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新激光雷達系統使用量子探測技術，可以在水下實時捕獲3D圖像。圖片來源：物理學家組織網
科技日報記者 劉霞
英國科學家首次展示了一種新型激光雷達系統，其使用量子探測技術在水下獲取3D圖像。該系統擁有極高的靈敏度，即便在水下極低的光線條件下也能捕獲詳細信息，可用于檢查水下風電場電纜和渦輪機等設備的水下結構，也可用于監測或勘測水下考古遺址，以及用于安全和防御等領域。相關研究論文刊發于4日出版的《光學快報》雜志。
在水下實時獲取物體的3D圖像極具挑戰性，因為水中的任何粒子都會散射光并使圖像失真。基于量子的單光子探測技術具有極高的穿透力，即使在弱光條件下也能工作。在最新研究中，研究人員設計了一個激光雷達系統，該系統使用綠色脈沖激光源來照亮目標場景。反射的脈沖照明由單光子探測器陣列檢測，這一方法使超快的低光檢測成為可能，并在光子匱乏的環境（如高度衰減的水）中大幅減少測量時間。
激光雷達系統通過測量飛行時間（激光從目標物體反射并返回系統接收器所需的時間）來創建圖像。通過皮秒計時分辨率測量飛行時間，研究人員可以解析目標的毫米細節。最新方法還能區分目標反射的光子和水中顆粒反射的光子，使其特別適合在高度渾濁的水中進行3D成像。他們還開發了專門用于在高散射條件下成像的算法，并將其與圖形處理單元硬件結合使用。在3種不同濁度水平下的實驗表明，在3米距離的受控高散射場景中，3D成像取得了成功。
總編輯圈點
量子檢測技術在陸地上的應用，較多見諸報道。其實這種技術在水下的應用，同樣空間廣闊。例如，利用它進行海底地形勘測、水下考古、海底設備檢測等等。不過，將這種技術應用于水下，絕對不意味著將其直接“照搬”。以在海洋中的應用為例，需要考慮海水的腐蝕性、洋流的運動、海底光照條件等多種特殊因素。因此需要使用特殊的耐腐蝕材料，進行特殊的設計，以更加適應水下環境的應用。
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