2024年，長期限制激光雷達(dá)的“平衡困境”，被電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院光纖傳感與通信團(tuán)隊(duì)攻克。該團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的新方法提高了現(xiàn)有激光雷達(dá)的感知效率，對(duì)我國國防安全、高精密制造和航空航天等領(lǐng)域意義重大。

打破“不可能三角”

激光雷達(dá)，即利用激光來實(shí)現(xiàn)精確測距和感知，被譽(yù)為“機(jī)器的眼睛”，被廣泛應(yīng)用于汽車、通信、遙感和工業(yè)領(lǐng)域，例如：為車輛的駕駛輔助系統(tǒng)感知周圍環(huán)境；作為景深感知器判斷手機(jī)機(jī)主的面部圖像來自真人面部還是照片（提高安全度）；從太空遙感地面，迅速統(tǒng)計(jì)出農(nóng)作物、樹木等的信息，或是對(duì)地形進(jìn)行快速精確的建?！?/p>

然而，無論是研究領(lǐng)域還是實(shí)際應(yīng)用中，測量速度、精度和距離，激光雷達(dá)的這三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，被譽(yù)為光纖雷達(dá)的“不可能三角”，三者始終無法同時(shí)滿足。

譚騰，電子科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院師資博士后，電子科技大學(xué)廣東電子信息工程研究院新型通信網(wǎng)絡(luò)研究中心副研究員，主要從事微腔光頻梳特性與器件研究，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文 30余篇，作為核心成員參與科技部重點(diǎn)研發(fā)課題、自然基金項(xiàng)目、國家實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)項(xiàng)目……

傳統(tǒng)技術(shù)在提高激光雷達(dá)測量精度的同時(shí)，會(huì)造成測量速度下降（因?yàn)樾枰啻螠y量），這大大限制了激光雷達(dá)的應(yīng)用。譚騰所在團(tuán)隊(duì)利用一種新機(jī)制——色散傅里葉變換增強(qiáng)型雙梳測距，打破了這個(gè)局面。

譚騰用游標(biāo)卡尺比喻這個(gè)機(jī)制。游標(biāo)卡尺能把極小尺度的被測物體長度轉(zhuǎn)化為容易識(shí)別的刻度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)高精度的測量。在激光雷達(dá)上，團(tuán)隊(duì)利用了光信號(hào)的高靈敏度，提高了靈敏度較低的電信號(hào)，從而打破了測量速度、測量精度和測量距離不能同時(shí)滿足的“不可能三角”，該方案將傳統(tǒng)技術(shù)中直接測量時(shí)間差的固有方法革新為基于時(shí)間夫瑯禾費(fèi)衍射的頻域測量，對(duì)微弱時(shí)間擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)的“細(xì)節(jié)放大化”。

激光雷達(dá)

LiDAR（Light Detection and Ranging）是“光探測和測距”的縮寫，中文稱激光雷達(dá)。它是一種遙感技術(shù)，利用激光束實(shí)時(shí)測量環(huán)境中的精確距離和移動(dòng)。

在以前，為了提升激光雷達(dá)某一方面的性能，我們不得不犧牲其他方面。例如，如果要追求極高的測距精度（如微米級(jí)或納米級(jí)），單次掃描是不夠的，需要重復(fù)多次掃描，取平均值。

在測距中，有一個(gè)術(shù)語叫幀率，即每秒獲取物體距離信息的次數(shù)。我們的技術(shù)單幀幀率極高，可達(dá)兩千萬次。傳統(tǒng)激光雷達(dá)通常需要多幀才能得到高精度，但我們的技術(shù)在單幀下就能實(shí)現(xiàn)高精度測量。

我們的研究成果打破了測量精度、測量距離和測量速度不可兼顧的瓶頸，無須單獨(dú)考慮某一方面性能，其他方面也可以大幅提升。

——譚騰

光纖傳感，事關(guān)國家命脈

除了激光雷達(dá)，譚騰團(tuán)隊(duì)也關(guān)注光纖傳感（兩者都屬于光傳感）。電子科技大學(xué)在光纖傳感方面，主要關(guān)注于一些特定領(lǐng)域的問題，如軍事、航空航天、深海探測等。光纖傳感雖然不像4G、5G那樣惠及大眾，但在某些關(guān)鍵領(lǐng)域是不可或缺的。

從本科到博士，譚騰的專業(yè)始終不離光，只不過從光通信轉(zhuǎn)向了光纖傳感。譚騰走上光纖傳感的科研之路，一方面是受了導(dǎo)師的影響，另一方面是看到了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域面臨的困難。他希望能通過自己的努力，解決一些國內(nèi)相關(guān)行業(yè)面臨的實(shí)際問題。

具體來說，光纖傳感技術(shù)主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一是長距離監(jiān)測，二是在惡劣環(huán)境下監(jiān)測。惡劣環(huán)境包括極端的溫度條件和強(qiáng)烈的電磁干擾。

譚騰所在團(tuán)隊(duì)正在這些領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，例如，光纖傳感器對(duì)異常聲音敏感，能定位異常出現(xiàn)地點(diǎn)，用于監(jiān)測管道是否出現(xiàn)問題，以及問題出現(xiàn)在管道的什么位置。在邊境線上每隔一段距離鋪設(shè)光纖傳感器，通過捕捉極其細(xì)微的震動(dòng)，就能夠精準(zhǔn)探測入侵行為，對(duì)邊境安全意義重大。光纖傳感器還能用于監(jiān)測并定位長距離輸油管道中出現(xiàn)的破損。在極寒環(huán)境下，光纖傳感器可以監(jiān)測輸電線路的覆冰情況，確保電線不被冰壓斷，電力設(shè)施不會(huì)被冰凍壞。

游刃于微米之間

在和譚騰對(duì)話中，“極高精度測距”這個(gè)詞反復(fù)被他提及。據(jù)譚騰介紹，這也是他們團(tuán)隊(duì)研究成果的一項(xiàng)重要應(yīng)用，意義遠(yuǎn)超一般人想象。真有那么神奇嗎？

以最有可能的可控核聚變裝置——托卡馬克裝置為例，其加工和安裝精度至少需要達(dá)到微米級(jí)，甚至可能需要達(dá)到亞微米級(jí)或納米級(jí)，因?yàn)橹挥袧M足這個(gè)精度，才能確保上億攝氏度的等離子體能被精確約束在磁場內(nèi)。在這種情況下，一微米的安裝誤差都可能帶來災(zāi)難性后果。

一些特殊用途的飛機(jī)，例如軍用飛機(jī)和某些實(shí)驗(yàn)用無人機(jī)，對(duì)機(jī)身表面或特殊元件的平整度有極高要求，其表面平整度甚至需要達(dá)到微米級(jí)。

上述提到的兩種情況，都是“極高精度測距”的現(xiàn)實(shí)意義。

譚騰所在團(tuán)隊(duì)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了多次測試，包括無人機(jī)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的流場測試。

當(dāng)被問到他們的研究成果多久能夠被運(yùn)用在車載激光雷達(dá)上時(shí)，譚騰解釋說：“我們更關(guān)注那些對(duì)精度有極高要求的應(yīng)用場景，如科研、高端制造等，而非普通領(lǐng)域，如車載激光雷達(dá)。我們可以通過系統(tǒng)改進(jìn)，降低性能要求，控制成本，讓它在汽車、遙感等領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用?！苯档托阅芎蟛拍苡糜谄囶I(lǐng)域，他們研發(fā)的激光雷達(dá)的探測精度之高，讓人嘆為觀止。

譚騰——把靈光抓住，還要做出來

隨著談話逐漸深入，我們好奇在研究過程中，有沒有類似電影情節(jié)中靈光一閃想到了解決方案。對(duì)此，譚騰坦言沒有，并表示整個(gè)研究最困難的階段都是在提出課題之后，是那些反復(fù)的失敗和無數(shù)次重來。

譚騰坦言科研道路上遇到困難是家常便飯，每當(dāng)遇到這種情況，他會(huì)找導(dǎo)師尋求幫助，然后把煩惱沉淀，不斷思考。他的科研成果可以說是用時(shí)間跟失敗堆出來的。

從零開始搭建一個(gè)系統(tǒng)，包括在測試過程中，都會(huì)遇到許多問題。因此，整個(gè)周期相對(duì)較長。他透露，團(tuán)隊(duì)在這項(xiàng)工作上總共投入了一年半的時(shí)間。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和方案制定大約花費(fèi)了一個(gè)月，而真正的挑戰(zhàn)在于后續(xù)的實(shí)施階段，因?yàn)樗麄冃枰獜牧汩_始自行制作光源和系統(tǒng)。

盡管如此，譚騰表示，他們的進(jìn)展還算迅速。

譚騰所在團(tuán)隊(duì)的激光雷達(dá)成果一經(jīng)發(fā)表，迅速獲得國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，許多機(jī)構(gòu)向他們發(fā)來合作邀請(qǐng)。辛苦付出得到了外界認(rèn)可，這對(duì)于科研人員來說是幸福的。

拍腦門靈光一閃其實(shí)很簡單，真正難的是把你閃的靈光抓住，抓住后做出來，最后展示給大家。這個(gè)過程其實(shí)需要很多努力。

有些項(xiàng)目甚至需要兩三年或更長時(shí)間。我認(rèn)為，只要能夠解決問題并取得良好的成果，投入的時(shí)間都是值得的。

以光聯(lián)結(jié)世界

譚騰還提到了團(tuán)隊(duì)的慶祝習(xí)慣，每當(dāng)團(tuán)隊(duì)有新的研究成果發(fā)表，他們都會(huì)全體出去聚餐慶祝。譚騰說：“我們組里每發(fā)一篇文章，都會(huì)慶祝一次，就全組一起慶祝一下。誰發(fā)文章，誰請(qǐng)個(gè)客，大家一起分享喜悅，一起替你開心。我覺得這氛圍很重要，搞學(xué)術(shù)嘛，過程比較艱苦。有結(jié)果了，大家就一起開心，互相激勵(lì)，看到別人做得好，自己也有動(dòng)力?！?/p>

他們的團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外科學(xué)家都有廣泛的合作，共同攻克了許多技術(shù)難題。

此外，他們還非常重視與工業(yè)界的合作。他們深知，科研的成果最終要服務(wù)于社會(huì)，解決實(shí)際問題。團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)的大型企業(yè)、央企保持著緊密的合作關(guān)系，尤其是在高精密制造領(lǐng)域，他們研發(fā)的光纖傳感技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于石油勘探、航空發(fā)動(dòng)機(jī)檢測等多個(gè)核心行業(yè)。

得到業(yè)界認(rèn)可，讓我們感覺自己的技術(shù)是有意義的，并且能夠解決實(shí)際問題。

是什么讓您決定走上光傳感的研究道路？

譚騰：這其實(shí)涉及多個(gè)方面。首先，是導(dǎo)師饒?jiān)平淌诤鸵Π鄢薪淌诘囊龑?dǎo)和傳承?？吹絻晌粚?dǎo)師對(duì)自己領(lǐng)域的熱愛與付出，我能夠感同身受。我的兩位導(dǎo)師非常努力，盡管他們已在國內(nèi)成為該領(lǐng)域的專家，但仍不懈地在自己的研究方向上深耕。導(dǎo)師們的榜樣力量是不可忽視的，這對(duì)我影響很大。

找一個(gè)好榜樣至關(guān)重要。有榜樣在前，即使自己不會(huì)，至少可以學(xué)習(xí)。直到今天，我在這個(gè)領(lǐng)域可以說已經(jīng)站穩(wěn)了腳跟，這與兩位導(dǎo)師對(duì)我的影響密不可分。

我其實(shí)很喜歡和我的兩位導(dǎo)師交流，但他們很忙，不常找我。盡管如此，他們每次指導(dǎo)我，都會(huì)教我如何處理新問題。對(duì)他們來說，是否告訴我其實(shí)無關(guān)緊要，但他們?cè)敢飧嬖V我。我的兩位導(dǎo)師總是傾囊相授，鼎力支持，這是我留在這里的重要原因。我博士畢業(yè)，本可以去找更高薪的工作，但這里學(xué)術(shù)氛圍和師生關(guān)系很好，這里的一切，包括我畢業(yè)后的生活，導(dǎo)師們都給了我很多幫助。

談到科研工作與日常生活如何調(diào)和，譚騰認(rèn)為，既然選擇了科研，工作和生活往往是分不開的。工作里可以有生活，生活中也能有工作的靈感。工作中可以想想晚餐吃什么，下午是否該去鍛煉。工作累了，可以出去走走，回來再繼續(xù)。

譚騰現(xiàn)在協(xié)助指導(dǎo)一些研究生，看到他們成長，比如一個(gè)學(xué)生做得好，他會(huì)有成就感。譚騰一直想，等自己成為導(dǎo)師，一定要帶好學(xué)生。因?yàn)槔蠋煹淖畲筘?cái)富是學(xué)生，不是工資或項(xiàng)目多少。

譚騰期望告訴學(xué)生如何從事科研，如何解決國家需要攻克的問題，如何思考和做人。他說這是科學(xué)工作者的傳承。

提起未來的規(guī)劃，譚騰表示科研人很多時(shí)候都是走一步看一步。作為電子科技大學(xué)的一名職工，譚騰一方面希望自己能好好帶學(xué)生，搞科研；另一方面也希望能為其所在的信息與通信工程學(xué)科發(fā)展做一些貢獻(xiàn)，能為國家解決更多實(shí)際問題，好好做幾個(gè)項(xiàng)目。

譚騰：“所以說我們現(xiàn)在都不談你（科研工作者）有多厲害（學(xué)術(shù)成就），我們談貢獻(xiàn)?！?/p>