近日，Nature旗下知名物理學(xué)期刊《Communications Physics》刊發(fā)了東海實驗室光學(xué)感知裝備研究團隊在圓偏振抗干擾激光雷達(dá)領(lǐng)域的最新研究成果，論文題目為“Anti-interference circularly polarized LiDAR for ocean detection”。該論文第一作者為東海實驗室專職研究員李嘉晉博士，通訊作者為首席科學(xué)家孫文波研究員，東海實驗室為第一完成單位。嶗山實驗室唐軍武研究員在本研究中提供了重要支持。

海洋激光雷達(dá)具備高垂直分辨率的主動探測能力，能夠精準(zhǔn)地獲取水體光學(xué)剖面，是實現(xiàn)全球海洋次表層結(jié)構(gòu)高精度遙感觀測的關(guān)鍵手段。然而，具有高度時變性的陽光背景噪聲與多次散射光等干擾源常顯著限制激光雷達(dá)的探測范圍與精度。這一問題長期以來制約了激光雷達(dá)在海洋水色參數(shù)全天時定量遙感反演中的應(yīng)用。因此，有效抑制陽光背景噪聲和多重散射光對弱回波信號的干擾，對于降低海洋水色參數(shù)反演的不確定性、提升激光雷達(dá)海洋光學(xué)探測的可靠性至關(guān)重要。

針對海洋激光雷達(dá)受陽光背景噪聲與多重散射干擾的難題，東海實驗室光學(xué)感知裝備研究團隊在國際上首創(chuàng)了圓偏振光抗干擾技術(shù)，并成功研制出新型海洋激光雷達(dá)系統(tǒng)。該技術(shù)基于兩個關(guān)鍵物理特性：其一，自然環(huán)境中的圓偏振光分量近乎為零；其二，圓偏振光在海水中的側(cè)向散射光會迅速退偏，轉(zhuǎn)化為非偏振或線偏振光?；谶@一重要物理機制，圓偏振抗干擾測海激光雷達(dá)可以高效地抑制陽光和多重散射光等主要干擾源，顯著地提升探測靈敏度與精度。

圖1 抗干擾星載激光雷達(dá)用于海洋探測的概念示意圖

在中國南海的海試實測結(jié)果表明，東海實驗室光學(xué)感知裝備研究團隊所研制的圓偏振抗干擾激光雷達(dá)在白天水下測距能力超過了75米，夜間測試更能夠突破100米。該系統(tǒng)不僅能有效地提升探測深度，還可更加準(zhǔn)確地反演海洋水色參數(shù)，獲得更接近固有光學(xué)量（如光束衰減系數(shù)）的測量結(jié)果。其核心優(yōu)勢在于：通過圓偏振光的物理機制，對非圓偏振背景光（如陽光直射、海面散射光等）實現(xiàn)共模抑制，同時顯著地削弱水體多重散射帶來的干擾。即使在強日照、云霧擾動及動態(tài)海面散射光等非平穩(wěn)復(fù)雜背景下，系統(tǒng)仍然能維持較高信噪比，減少干擾源帶來的影響，且輸出數(shù)據(jù)具有更強的物理可解釋性。相較于傳統(tǒng)激光雷達(dá)，該方案在魯棒性與數(shù)據(jù)即用性方面都展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。目前，研究團隊已完成系統(tǒng)的小型化研制并且完成了初步的驗證工作，可適配船載及無人機載平臺，具備良好的應(yīng)用拓展?jié)摿Α?/p>

圖2 傳統(tǒng)方法和圓偏振探測方法的水體測量結(jié)果對比

圖3 機載圓偏振抗干擾測海激光雷達(dá)

近年來，孫文波研究員團隊在圓偏振抗干擾理論與關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，在國際上首創(chuàng)并構(gòu)建了一套系統(tǒng)完整、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)解決方案。該方案已成功拓展至水體高光譜測量、跨介質(zhì)無線光通信等新興應(yīng)用領(lǐng)域，并有望為我國研制全球領(lǐng)先的首顆海洋激光雷達(dá)衛(wèi)星提供關(guān)鍵且切實可行的技術(shù)支撐路徑。該技術(shù)體系兼具三重顯著優(yōu)勢：其一，可高效抑制太陽光背景干擾，顯著提升弱信號探測能力；其二，大幅提高星載載荷對海洋光學(xué)參數(shù)的反演精度與數(shù)據(jù)可用性；其三，有效降低光感通領(lǐng)域抗干擾系統(tǒng)的制造工藝復(fù)雜度與建設(shè)成本，為大規(guī)模工程應(yīng)用提供高性價比的技術(shù)路徑。其應(yīng)用將為我國構(gòu)建全球海洋立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、實現(xiàn)海洋遙感能力的跨越式發(fā)展奠定核心技術(shù)基礎(chǔ)，助力我國在海洋空間觀測領(lǐng)域搶占國際制高點。

相關(guān)研究文章：

[1] Li, J., Bao, D., Shi, M. et al. (2026). Anti-interference circularly polarized LiDAR for ocean detection. Communications Physics, 9: 2. DOI: 10.1038/s42005-025-02477-4.

[2] Li, J., Zeng, K., Ma, Y., et al. (2026). Anti-sunlight interference circularly polarized hyperspectral measurement for water detection. Optics & Laser Technology, 193(B): 114347. DOI: 10.1016/j.optlastec.2025.114347.

[3] Li, J., Song, J., Zeng, K., et al. (2025). Anti-Interference Air-to-Water Wireless Optical Communication via Circularly Polarized Light. IEEE Photonics Journal, 17(5): 1–6. DOI: 10.1109/JPHOT.2025.3604796.

[4] Li, J., Bao, D., Song, J., et al. (2025). Circular polarization LiDAR: a robust pathway to resist sunlight contamination. Optics Letters, 50(21): 6835–6838. DOI: 10.1364/OL.573059.

• 信息來源：東海實驗室。

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