2015年4月,中国科大首次实现了单光子频率上转换的气溶胶激光雷达[Optics Letters, 40, 1579 (2015)]。利用自主研制的周期极化铌酸锂波导,将雷达接收的1.55微米单光子与2微米的连续泵浦光发生和频,用硅探测器对产生的0.863微米的光子进行探测。此时,量子效率可达55%,暗噪声仅16个/秒。与目前采用的铟镓砷探测器直接探测1.55微米光子相比(量子效率10%,暗噪声5000个/秒),提高了探测效率,降低了系统噪声。该方法立刻引起德国宇航局、丹麦科技大学、白俄罗斯国立大学同行的关注,于2016年3月采用相同技术实现大气二氧化碳的探测。
2016年8月,中国科大采用全光纤保偏鉴频器对单光子的频移进行了测量,利用微弱光源(激光脉冲能量5×10-5焦耳)、小口径望远镜(直径0.08米)在国际上首次实现了大气边界层风场的探测[Optics Express, 24, 19322 (2016)]。2016年11月,利用时分复用技术,中国科大报道了当前集成度最高的量子测风激光雷达,不仅简化了系统结构,还提高了系统稳定性和可靠性,并免于周期性校准[Optics Letters, 41, 5218 (2016)]。
通过提高量子效率(光电转化效率)和光学集成度(系统光学效率),综合抑制探测噪声,实现了昼夜连续观测的、轻小防振、低功耗、常温环境下运行的全光纤保偏结构的激光雷达系统,适合在机载、舰载、星载等平台的恶劣环境下运行。该技术为小型星载激光雷达提供了新思路,为普及高性价比、高稳定性、超小型化的激光雷达奠定了基础。