Super-resolution single-photon imaging at 8.2 kilometers

物理 分辨率(逻辑) 探测器 光子计数
作者
Zheng-Ping Li,Xin Huang,Peng-yu Jiang,Yu Hong,Chao Yu,Yuan Cao,Jun Zhang,Feihu Xu,and Jian-Wei Pan
出处
期刊:Optics Express [Optica Publishing Group]
卷期号:28 (3): 4076-4076 被引量:124
标识
DOI:10.1364/oe.383456
摘要

Single-photon light detection and ranging (LiDAR), offering single-photon sensitivity and picosecond time resolution, has been widely adopted for active imaging applications. Long-range active imaging is a great challenge, because the spatial resolution degrades significantly with the imaging range due to the diffraction limit of the optics, and only weak echo signal photons can return but mixed with a strong background noise. Here we propose and demonstrate a photon-efficient LiDAR approach that can achieve sub-Rayleigh resolution imaging over long ranges. This approach exploits fine sub-pixel scanning and a deconvolution algorithm tailored to this long-range application. Using this approach, we experimentally demonstrated active three-dimensional (3D) single-photon imaging by recognizing different postures of a mannequin model at a stand-off distance of 8.2 km in both daylight and night. The observed spatial (transversal) resolution is ∼5.5 cm at 8.2 km, which is about twice of the system’s resolution. This also beats the optical system’s Rayleigh criterion. The results are valuable for geosciences and target recognition over long ranges.

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