光傳感照亮未來

2024年，長期限制激光雷達的“平衡困境”，被電子科技大學信息與通信工程學院光纖傳感與通信團隊攻克。該團隊首創的新方法提高了現有激光雷達的感知效率，對我國國防安全、高精密制造和航空航天等領域意義重大。

打破“不可能三角”

激光雷達，即利用激光來實現精確測距和感知，被譽為“機器的眼睛”，被廣泛應用于汽車、通信、遙感和工業領域，例如：為車輛的駕駛輔助系統感知周圍環境；作為景深感知器判斷手機機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，迅速統計出農作物、樹木等的信息，或是對地形進行快速精確的建模……

然而，無論是研究領域還是實際應用中，測量速度、精度和距離，激光雷達的這三個關鍵指標，被譽為光纖雷達的“不可能三角”，三者始終無法同時滿足。

譚騰，電子科技大學信息與通信工程學院師資博士后，電子科技大學廣東電子信息工程研究院新型通信網絡研究中心副研究員，主要從事微腔光頻梳特性與器件研究，共發表學術論文 30余篇，作為核心成員參與科技部重點研發課題、自然基金項目、國家實驗室重點項目……

傳統技術在提高激光雷達測量精度的同時，會造成測量速度下降（因為需要多次測量），這大大限制了激光雷達的應用。譚騰所在團隊利用一種新機制——色散傅里葉變換增強型雙梳測距，打破了這個局面。

譚騰用游標卡尺比喻這個機制。游標卡尺能把極小尺度的被測物體長度轉化為容易識別的刻度數據，從而實現高精度的測量。在激光雷達上，團隊利用了光信號的高靈敏度，提高了靈敏度較低的電信號，從而打破了測量速度、測量精度和測量距離不能同時滿足的“不可能三角”，該方案將傳統技術中直接測量時間差的固有方法革新為基于時間夫瑯禾費衍射的頻域測量，對微弱時間擾動實現了瞬時的“細節放大化”。

激光雷達

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

在以前，為了提升激光雷達某一方面的性能，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（如微米級或納米級），單次掃描是不夠的，需要重復多次掃描，取平均值。

在測距中，有一個術語叫幀率，即每秒獲取物體距離信息的次數。我們的技術單幀幀率極高，可達兩千萬次。傳統激光雷達通常需要多幀才能得到高精度，但我們的技術在單幀下就能實現高精度測量。

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，事關國家命脈

除了激光雷達，譚騰團隊也關注光纖傳感（兩者都屬于光傳感）。電子科技大學在光纖傳感方面，主要關注于一些特定領域的問題，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，但在某些關鍵領域是不可或缺的。

從本科到博士，譚騰的專業始終不離光，只不過從光通信轉向了光纖傳感。譚騰走上光纖傳感的科研之路，一方面是受了導師的影響，另一方面是看到了國內相關領域面臨的困難。他希望能通過自己的努力，解決一些國內相關行業面臨的實際問題。

具體來說，光纖傳感技術主要應用于兩個方面：一是長距離監測，二是在惡劣環境下監測。惡劣環境包括極端的溫度條件和強烈的電磁干擾。

譚騰所在團隊正在這些領域進行深入研究，例如，光纖傳感器對異常聲音敏感，能定位異常出現地點，用于監測管道是否出現問題，以及問題出現在管道的什么位置。在邊境線上每隔一段距離鋪設光纖傳感器，通過捕捉極其細微的震動，就能夠精準探測入侵行為，對邊境安全意義重大。光纖傳感器還能用于監測并定位長距離輸油管道中出現的破損。在極寒環境下，光纖傳感器可以監測輸電線路的覆冰情況，確保電線不被冰壓斷，電力設施不會被冰凍壞。

游刃于微米之間

在和譚騰對話中，“極高精度測距”這個詞反復被他提及。據譚騰介紹，這也是他們團隊研究成果的一項重要應用，意義遠超一般人想象。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到微米級，甚至可能需要達到亞微米級或納米級，因為只有滿足這個精度，才能確保上億攝氏度的等離子體能被精確約束在磁場內。在這種情況下，一微米的安裝誤差都可能帶來災難性后果。

一些特殊用途的飛機，例如軍用飛機和某些實驗用無人機，對機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到微米級。

上述提到的兩種情況，都是“極高精度測距”的現實意義。

譚騰所在團隊對該技術進行了多次測試，包括無人機以及航空發動機葉片的流場測試。

當被問到他們的研究成果多久能夠被運用在車載激光雷達上時，譚騰解釋說：“我們更關注那些對精度有極高要求的應用場景，如科研、高端制造等，而非普通領域，如車載激光雷達。我們可以通過系統改進，降低性能要求，控制成本，讓它在汽車、遙感等領域有更廣泛的應用?！苯档托阅芎蟛拍苡糜谄囶I域，他們研發的激光雷達的探測精度之高，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中靈光一閃想到了解決方案。對此，譚騰坦言沒有，并表示整個研究最困難的階段都是在提出課題之后，是那些反復的失敗和無數次重來。

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

從零開始搭建一個系統，包括在測試過程中，都會遇到許多問題。因此，整個周期相對較長。他透露，團隊在這項工作上總共投入了一年半的時間。系統設計和方案制定大約花費了一個月，而真正的挑戰在于后續的實施階段，因為他們需要從零開始自行制作光源和系統。

盡管如此，譚騰表示，他們的進展還算迅速。

譚騰所在團隊的激光雷達成果一經發表，迅速獲得國內外的廣泛關注，許多機構向他們發來合作邀請。辛苦付出得到了外界認可，這對于科研人員來說是幸福的。

拍腦門靈光一閃其實很簡單，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。這個過程其實需要很多努力。

有些項目甚至需要兩三年或更長時間。我認為，只要能夠解決問題并取得良好的成果，投入的時間都是值得的。

以光聯結世界

譚騰還提到了團隊的慶祝習慣，每當團隊有新的研究成果發表，他們都會全體出去聚餐慶祝。譚騰說：“我們組里每發一篇文章，都會慶祝一次，就全組一起慶祝一下。誰發文章，誰請個客，大家一起分享喜悅，一起替你開心。我覺得這氛圍很重要，搞學術嘛，過程比較艱苦。有結果了，大家就一起開心，互相激勵，看到別人做得好，自己也有動力。”

他們的團隊與國內外科學家都有廣泛的合作，共同攻克了許多技術難題。

此外，他們還非常重視與工業界的合作。他們深知，科研的成果最終要服務于社會，解決實際問題。團隊與國內的大型企業、央企保持著緊密的合作關系，尤其是在高精密制造領域，他們研發的光纖傳感技術已經被廣泛應用于石油勘探、航空發動機檢測等多個核心行業。

得到業界認可，讓我們感覺自己的技術是有意義的，并且能夠解決實際問題。

是什么讓您決定走上光傳感的研究道路？

譚騰：這其實涉及多個方面。首先，是導師饒云江教授和姚佰承教授的引導和傳承?？吹絻晌粚煂ψ约侯I域的熱愛與付出，我能夠感同身受。我的兩位導師非常努力，盡管他們已在國內成為該領域的專家，但仍不懈地在自己的研究方向上深耕。導師們的榜樣力量是不可忽視的，這對我影響很大。

找一個好榜樣至關重要。有榜樣在前，即使自己不會，至少可以學習。直到今天，我在這個領域可以說已經站穩了腳跟，這與兩位導師對我的影響密不可分。

我其實很喜歡和我的兩位導師交流，但他們很忙，不常找我。盡管如此，他們每次指導我，都會教我如何處理新問題。對他們來說，是否告訴我其實無關緊要，但他們愿意告訴我。我的兩位導師總是傾囊相授，鼎力支持，這是我留在這里的重要原因。我博士畢業，本可以去找更高薪的工作，但這里學術氛圍和師生關系很好，這里的一切，包括我畢業后的生活，導師們都給了我很多幫助。

談到科研工作與日常生活如何調和，譚騰認為，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。

譚騰現在協助指導一些研究生，看到他們成長，比如一個學生做得好，他會有成就感。譚騰一直想，等自己成為導師，一定要帶好學生。因為老師的最大財富是學生，不是工資或項目多少。

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

提起未來的規劃，譚騰表示科研人很多時候都是走一步看一步。作為電子科技大學的一名職工，譚騰一方面希望自己能好好帶學生，搞科研；另一方面也希望能為其所在的信息與通信工程學科發展做一些貢獻，能為國家解決更多實際問題，好好做幾個項目。

譚騰：“所以說我們現在都不談你（科研工作者）有多厲害（學術成就），我們談貢獻。”