南京大學超導電子學研究所,，繼 2017 年將研制的大口徑超導陣列單光子探測器應(yīng)用于空間碎片探測和 2019 年月地激光測距等驕人成績后,，近日超導陣列單光子探測器再立新功。從中國電科十四所某試驗外場傳來消息,，超導單光子激光雷達系統(tǒng),，實現(xiàn)了對低空大氣層中數(shù)百公里外目標的實時跟蹤探測，展現(xiàn)了超導單光子探測器的強大應(yīng)用潛力,。

　　由于光子是光的最小能量單元,，具備單光子靈敏度的雷達系統(tǒng)可將激光雷達系統(tǒng)的性能發(fā)揮到極致。在單光子激光雷達系統(tǒng)的研究上,，團隊與中國電子科技集團公司第十四研究所攜手合作多年,。針對低空大氣衰減和湍流等復(fù)雜環(huán)境下，遠距離目標高精度探測難題,，團隊為單光子雷達系統(tǒng),，最新研制了高靈敏、高精度,、高速率的超導陣列單光子探測器,，并在今年 9 月的外場試驗中，大幅度提高系統(tǒng)靈敏度和抗環(huán)境雜散光能力,，成功實現(xiàn)了數(shù)百公里外移動和固定小目標的實時跟蹤探測,。圖（1）是單光子激光雷達探測 170 多公里外山峰的三維重構(gòu)圖像。

　　圖（1）,。 遠距離山坡激光雷達圖像

　　超導電子學研究所青年長江學者張蠟寶教授，博士研究課題就是超導單光子探測技術(shù),，在吳培亨院士的指導下與團隊成員一起攻克了探測器芯片和系統(tǒng)的全部關(guān)鍵技術(shù),，于 2008 年研制出我國第一個超導單光子探測器。經(jīng)過多年的不懈努力,，探測器的性能指標不斷提高,，從單元器件到陣列芯片，光學口徑從 9 微米到 300 微米,，儀器系統(tǒng)的整體技術(shù)水平達到國際先進,，部分指標達到國際領(lǐng)先。

　　2015 年以來,，針對國家戰(zhàn)略需求,，與云南天文臺等單位合作,，將大口徑超導陣列單光子探測系統(tǒng)應(yīng)用到空間碎片的探測研究中，成功探測到 2 千公里軌道上,，0.04 平米的空間碎片,，填補了我國小空間碎片高精度探測的空白。2017 年,，利用儀器的光子數(shù)分辨功能,，通過光子編碼技術(shù)，大幅度提高了系統(tǒng)的抗背景光干擾能力,，解決了復(fù)雜氣象環(huán)境下,、長距離目標探測難題。在黃海海域的海面目標探測實驗中,，實現(xiàn)了 70 公里范圍內(nèi)的穿透云,、霧等測量。2018 年 Science 綜述論文（Science 17 Aug 2018: Vol. 361, Issue 6403, eaat2298, DOI: 10.1126/science.aat2298） 在引用中做了這樣評述：（該工作）證實在有霧條件下的長距離光子探測的可行性,。

　　2019 年,，與中山大學等單位合作，首次將高時間精度超導陣列單光子探測器用于 40 萬公里的地月激光測距中,，成功測得了月球表面上五組反射鏡的回波信號,，且精度達到國際先進水平。2020 年初,，團隊與中國科學院深圳先進技術(shù)研究院合作,，基于該高精度超導單光子探測器研制出近紅外二區(qū)熒光壽命共聚焦成像系統(tǒng)，首次在近紅外二區(qū)波段實現(xiàn)三維多色熒光壽命成像,。此外,，團隊研制的超導單光子探測器還在衛(wèi)星激光測距、量子信息,、激光通信等多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用,。

　　圖 （2）。 南京大學研制陣列超導單光子探測器芯片

　　文章來源：南京大學官網(wǎng)