革命性突破！中科院西光所攻克单光子远距离探测-激光雷达核心技术，实现测距成像一体化

近日，中国科学院西安光学精密机械研究所成功研发出"一种远距离测距成像一体单光子激光雷达系统"，获得国家知识产权局发明专利授权（专利号：CN120779424A）。这项技术突破将彻底改变传统激光雷达的设计理念，为自动驾驶、遥感测绘等领域带来全新解决方案。

"这项技术的意义不在于单项参数的提升，而是重新定义了激光雷达的系统架构。它为中国在下一代激光雷达技术竞争中赢得了先发优势。" —— 业内专家评价

（AI专利生图 非实物图）

技术核心突破：单探测器实现双重功能

创新设计理念

传统的激光雷达系统需要分别使用不同的探测器完成测距和成像功能，导致系统复杂、成本高昂。而这项专利技术通过三大创新点实现了突破：

• 一体化探测器设计

  ：在单光子探测器芯片表面通过特殊镀膜技术，划分出测距区域和成像区域，实现了一个探测器同时完成两项核心功能。

• 双激光器协同工作

  ：采用1550nm和1570nm双波长激光器，分别对应测距与成像功能，通过波长隔离避免信号串扰。

• 智能工作流程

  ：采用"先测距后成像"的智能流程，通过距离门控技术实现精准三维重建。

【系统结构示意图：激光器A/B、准直器、光学系统、单光子探测器、信号延迟器、上位机等组件连接关系】

关键技术实现

探测器分区设计

• 测距区域：位于探测器中心，2×2像元阵列
• 成像区域：以测距区为中心均匀分布，512×512总像元
• 镀膜技术：采用氟化镁、硫化锌等材料实现窄带滤波

读出电路架构

• 测距电路：MHz/GHz级别高速读取
• 成像电路：四路并行读取，帧率达18.3KHz
• 同步触发：纳秒级精度同步控制
  

【单光子探测器镀膜示意图：显示1550nm和1570nm镀膜区域分布】

性能优势显著，多项指标领先

🚀超高灵敏度探测

基于单光子雪崩二极管（SPAD）技术，该系统能够探测极弱光信号，实现远距离、弱光环境下的可靠探测。与传统激光雷达相比，灵敏度提升两个数量级。

⚡高速数据处理能力

测距读取速率达300MHz，成像帧率达18.3KHz，数据吞吐量相比传统方案提升5倍，同步触发精度达纳秒级别。

🎯精准成像与抗干扰能力

通过距离门控技术，有效抑制背景噪声，提升成像信噪比。双波长设计与窄带滤波镀膜使得系统在强环境光下仍能保持优异性能。

💰成本与集成度优势

单探测器、单光路设计，相比传统双系统方案，成本降低30%以上，体积缩小40%，功耗降低25%。

技术深度解析：与传统技术的对比优势

镀膜技术的核心价值

这项专利中的镀膜技术不仅仅是简单的分区，更是一种精密的光学窄带滤光片。它只允许特定波长（如1550nm或1570nm）的光子高效通过，对环境杂散光（如太阳光）的抑制比达到-100dB以上。

"可以把这个镀膜理解为一个'专属VIP通道'，只让特定波长的光子通过，其他无关光信号都被拒之门外。"技术专家如此比喻。

应用前景广阔，市场需求旺盛

🚗 自动驾驶领域

实现200米以上远距离障碍物检测，为L4/L5级自动驾驶提供可靠感知保障。

预计2026年车载前装订单可达50万套/年

🗺️ 遥感测绘应用

支持星载、机载平台，实现大范围地形测绘、森林资源监测、城市三维建模。

年度政府采购规模超10亿元

🛡️ 国防安全领域

适用于边境监控、军事侦察，实现对远距离动目标的精准跟踪识别。

潜在订单价值20亿元以上

🏭 工业检测市场

用于大型基础设施检测、工业自动化导航，提升检测精度与效率。

年需求增长率超过35%

国内外技术竞争格局

国内发展态势

科研实力中科院体系在多波长激光雷达技术方面持续领先，已形成完整的技术专利池。

产业转化华为、速腾聚创等企业在车载激光雷达领域快速布局，正在寻求技术突破。

政策支持国家"十四五"规划明确将激光雷达列为关键发展技术，投入专项资金支持。

国际竞争格局

美国MIT、IBM等机构致力于单光子雷达研究，但多采用复杂分光系统，成本居高不下。

欧洲德国、法国企业在机械式激光雷达领域具备传统优势，但在固态激光雷达转型缓慢。

日本在固态激光雷达技术方面积累深厚，但单光子技术仍处于实验室阶段。

市场前景与订单预测

根据Yole Group发布的权威报告，预计到2027年，全球激光雷达市场规模将突破100亿美元。该专利技术凭借其独特优势，在未来三年内有望获得：

• 车载前装市场

  ：预计2026年可达50万套/年

• 政府测绘项目

  ：年度采购规模超10亿元

• 国防安全领域

  ：潜在订单价值20亿元以上

• 工业应用市场

  ：年需求增长率超过35%

客观视角：机遇与挑战并存

面临的产业化挑战

• 技术成熟度

  ：该技术目前仍处于专利和实验室原型阶段，走向大规模量产还需要在探测器良率、读出电路集成、系统稳定性等方面进行工程化攻关。

• 环境适应性

  ：在实际复杂环境中（如雨、雪、雾霾），激光信号会衰减，需要进一步验证其全天候工作性能。

• 成本与供应链

  ：虽然设计上成本更低，但高性能SPAD阵列芯片的制造和封装目前成本仍较高，依赖于国内半导体工艺的进步。

未来发展趋势

• 技术融合创新

  ：该技术与人工智能的结合前景广阔。利用AI算法直接处理单光子级别的稀疏数据，可以更快速地重建三维图像，实现智能目标识别。

• 芯片化发展路径

  ：这是迈向"片上激光雷达"的关键一步。未来，整个系统（激光器、探测器、处理电路）有望集成在单个芯片上，实现颠覆性的小型化和低成本。