光传感照亮未来

2024年，长期限制激光雷达的“平衡困境”，被电子科技大学信息与通信工程学院光纤传感与通信团队攻克。该团队首创的新方法提高了现有激光雷达的感知效率，对我国国防安全、高精密制造和航空航天等领域意义重大。

打破“不可能三角”

激光雷达，即利用激光来实现精确测距和感知，被誉为“机器的眼睛”，被广泛应用于汽车、通信、遥感和工业领域，例如：为车辆的驾驶辅助系统感知周围环境；作为景深感知器判断手机机主的面部图像来自真人面部还是照片（提高安全度）；从太空遥感地面，迅速统计出农作物、树木等的信息，或是对地形进行快速精确的建模……

然而，无论是研究领域还是实际应用中，测量速度、精度和距离，激光雷达的这三个关键指标，被誉为光纤雷达的“不可能三角”，三者始终无法同时满足。

谭腾，电子科技大学信息与通信工程学院师资博士后，电子科技大学广东电子信息工程研究院新型通信网络研究中心副研究员，主要从事微腔光频梳特性与器件研究，共发表学术论文 30余篇，作为核心成员参与科技部重点研发课题、自然基金项目、国家实验室重点项目……

传统技术在提高激光雷达测量精度的同时，会造成测量速度下降（因为需要多次测量），这大大限制了激光雷达的应用。谭腾所在团队利用一种新机制——色散傅里叶变换增强型双梳测距，打破了这个局面。

谭腾用游标卡尺比喻这个机制。游标卡尺能把极小尺度的被测物体长度转化为容易识别的刻度数据，从而实现高精度的测量。在激光雷达上，团队利用了光信号的高灵敏度，提高了灵敏度较低的电信号，从而打破了测量速度、测量精度和测量距离不能同时满足的“不可能三角”，该方案将传统技术中直接测量时间差的固有方法革新为基于时间夫琅禾费衍射的频域测量，对微弱时间扰动实现了瞬时的“细节放大化”。

激光雷达

LiDAR（Light Detection and Ranging）是“光探测和测距”的缩写，中文称激光雷达。它是一种遥感技术，利用激光束实时测量环境中的精确距离和移动。

在以前，为了提升激光雷达某一方面的性能，我们不得不牺牲其他方面。例如，如果要追求极高的测距精度（如微米级或纳米级），单次扫描是不够的，需要重复多次扫描，取平均值。

在测距中，有一个术语叫帧率，即每秒获取物体距离信息的次数。我们的技术单帧帧率极高，可达两千万次。传统激光雷达通常需要多帧才能得到高精度，但我们的技术在单帧下就能实现高精度测量。

我们的研究成果打破了测量精度、测量距离和测量速度不可兼顾的瓶颈，无须单独考虑某一方面性能，其他方面也可以大幅提升。

——谭腾

光纤传感，事关国家命脉

除了激光雷达，谭腾团队也关注光纤传感（两者都属于光传感）。电子科技大学在光纤传感方面，主要关注于一些特定领域的问题，如军事、航空航天、深海探测等。光纤传感虽然不像4G、5G那样惠及大众，但在某些关键领域是不可或缺的。

从本科到博士，谭腾的专业始终不离光，只不过从光通信转向了光纤传感。谭腾走上光纤传感的科研之路，一方面是受了导师的影响，另一方面是看到了国内相关领域面临的困难。他希望能通过自己的努力，解决一些国内相关行业面临的实际问题。

具体来说，光纤传感技术主要应用于两个方面：一是长距离监测，二是在恶劣环境下监测。恶劣环境包括极端的温度条件和强烈的电磁干扰。

谭腾所在团队正在这些领域进行深入研究，例如，光纤传感器对异常声音敏感，能定位异常出现地点，用于监测管道是否出现问题，以及问题出现在管道的什么位置。在边境线上每隔一段距离铺设光纤传感器，通过捕捉极其细微的震动，就能够精准探测入侵行为，对边境安全意义重大。光纤传感器还能用于监测并定位长距离输油管道中出现的破损。在极寒环境下，光纤传感器可以监测输电线路的覆冰情况，确保电线不被冰压断，电力设施不会被冰冻坏。

游刃于微米之间

在和谭腾对话中，“极高精度测距”这个词反复被他提及。据谭腾介绍，这也是他们团队研究成果的一项重要应用，意义远超一般人想象。真有那么神奇吗？

以最有可能的可控核聚变装置——托卡马克装置为例，其加工和安装精度至少需要达到微米级，甚至可能需要达到亚微米级或纳米级，因为只有满足这个精度，才能确保上亿摄氏度的等离子体能被精确约束在磁场内。在这种情况下，一微米的安装误差都可能带来灾难性后果。

一些特殊用途的飞机，例如军用飞机和某些实验用无人机，对机身表面或特殊元件的平整度有极高要求，其表面平整度甚至需要达到微米级。

上述提到的两种情况，都是“极高精度测距”的现实意义。

谭腾所在团队对该技术进行了多次测试，包括无人机以及航空发动机叶片的流场测试。

当被问到他们的研究成果多久能够被运用在车载激光雷达上时，谭腾解释说：“我们更关注那些对精度有极高要求的应用场景，如科研、高端制造等，而非普通领域，如车载激光雷达。我们可以通过系统改进，降低性能要求，控制成本，让它在汽车、遥感等领域有更广泛的应用。”降低性能后才能用于汽车领域，他们研发的激光雷达的探测精度之高，让人叹为观止。

谭腾——把灵光抓住，还要做出来

随着谈话逐渐深入，我们好奇在研究过程中，有没有类似电影情节中灵光一闪想到了解决方案。对此，谭腾坦言没有，并表示整个研究最困难的阶段都是在提出课题之后，是那些反复的失败和无数次重来。

谭腾坦言科研道路上遇到困难是家常便饭，每当遇到这种情况，他会找导师寻求帮助，然后把烦恼沉淀，不断思考。他的科研成果可以说是用时间跟失败堆出来的。

从零开始搭建一个系统，包括在测试过程中，都会遇到许多问题。因此，整个周期相对较长。他透露，团队在这项工作上总共投入了一年半的时间。系统设计和方案制定大约花费了一个月，而真正的挑战在于后续的实施阶段，因为他们需要从零开始自行制作光源和系统。

尽管如此，谭腾表示，他们的进展还算迅速。

谭腾所在团队的激光雷达成果一经发表，迅速获得国内外的广泛关注，许多机构向他们发来合作邀请。辛苦付出得到了外界认可，这对于科研人员来说是幸福的。

拍脑门灵光一闪其实很简单，真正难的是把你闪的灵光抓住，抓住后做出来，最后展示给大家。这个过程其实需要很多努力。

有些项目甚至需要两三年或更长时间。我认为，只要能够解决问题并取得良好的成果，投入的时间都是值得的。

以光联结世界

谭腾还提到了团队的庆祝习惯，每当团队有新的研究成果发表，他们都会全体出去聚餐庆祝。谭腾说：“我们组里每发一篇文章，都会庆祝一次，就全组一起庆祝一下。谁发文章，谁请个客，大家一起分享喜悦，一起替你开心。我觉得这氛围很重要，搞学术嘛，过程比较艰苦。有结果了，大家就一起开心，互相激励，看到别人做得好，自己也有动力。”

他们的团队与国内外科学家都有广泛的合作，共同攻克了许多技术难题。

此外，他们还非常重视与工业界的合作。他们深知，科研的成果最终要服务于社会，解决实际问题。团队与国内的大型企业、央企保持着紧密的合作关系，尤其是在高精密制造领域，他们研发的光纤传感技术已经被广泛应用于石油勘探、航空发动机检测等多个核心行业。

得到业界认可，让我们感觉自己的技术是有意义的，并且能够解决实际问题。

是什么让您决定走上光传感的研究道路？

谭腾：这其实涉及多个方面。首先，是导师饶云江教授和姚佰承教授的引导和传承。看到两位导师对自己领域的热爱与付出，我能够感同身受。我的两位导师非常努力，尽管他们已在国内成为该领域的专家，但仍不懈地在自己的研究方向上深耕。导师们的榜样力量是不可忽视的，这对我影响很大。

找一个好榜样至关重要。有榜样在前，即使自己不会，至少可以学习。直到今天，我在这个领域可以说已经站稳了脚跟，这与两位导师对我的影响密不可分。

我其实很喜欢和我的两位导师交流，但他们很忙，不常找我。尽管如此，他们每次指导我，都会教我如何处理新问题。对他们来说，是否告诉我其实无关紧要，但他们愿意告诉我。我的两位导师总是倾囊相授，鼎力支持，这是我留在这里的重要原因。我博士毕业，本可以去找更高薪的工作，但这里学术氛围和师生关系很好，这里的一切，包括我毕业后的生活，导师们都给了我很多帮助。

谈到科研工作与日常生活如何调和，谭腾认为，既然选择了科研，工作和生活往往是分不开的。工作里可以有生活，生活中也能有工作的灵感。工作中可以想想晚餐吃什么，下午是否该去锻炼。工作累了，可以出去走走，回来再继续。

谭腾现在协助指导一些研究生，看到他们成长，比如一个学生做得好，他会有成就感。谭腾一直想，等自己成为导师，一定要带好学生。因为老师的最大财富是学生，不是工资或项目多少。

谭腾期望告诉学生如何从事科研，如何解决国家需要攻克的问题，如何思考和做人。他说这是科学工作者的传承。

提起未来的规划，谭腾表示科研人很多时候都是走一步看一步。作为电子科技大学的一名职工，谭腾一方面希望自己能好好带学生，搞科研；另一方面也希望能为其所在的信息与通信工程学科发展做一些贡献，能为国家解决更多实际问题，好好做几个项目。

谭腾：“所以说我们现在都不谈你（科研工作者）有多厉害（学术成就），我们谈贡献。”