•
——從黑洞照片到城市反恐，合成孔徑技術如何顛覆人類視界？
引言
2025年5月，合肥科學島上空劃過一道無形電波：中國科大潘建偉團隊在國際頂級期刊《物理評論快報》宣佈，成功研發全球首個主動光學強度干涉合成孔徑成像系統，在1.36公里外實現了毫米級目標的高畫質成像。這項技術不僅將傳統望遠鏡解析度提升14倍，更意味著人類首次突破光學波段“大氣湍流魔咒”——從此，千米級距離的指紋辨識、空間碎片的亞毫米級追蹤不再是科幻場景。
一、千年難題：為什麼我們需要“拼接視野”？
自1896年斐索提出雙孔干涉測星體直徑以來，科學家始終在追逐一個終極目標：突破光學衍射極限。傳統光學系統受制於單孔徑物理尺寸，如同用針孔觀察世界，解析度被鎖死在λ/D的公式中（λ為波長，D為孔徑）。即便建造直徑30米的巨型望遠鏡，其重量將超過300噸，根本無法送入太空。
技術困局：
1. 大氣湍流擾動：星體觀測中，大氣湍流導致相位畸變，猶如透過沸騰水面看風景
2. 被動成像侷限：傳統強度干涉只能觀測恆星等自發光體，對城市環境中的暗目標束手無策
3. 系統複雜度爆炸：美國SPIDER計畫因光子積體電路瓶頸停滯十年
正是這些難題，讓2019年拍攝黑洞的EHT望遠鏡只能工作在射電波段，而中國團隊的新技術，正試圖打破這堵“光學柏林牆”。
二、技術革命：主動強度干涉的三大突破
潘建偉團隊的核心創新，是將主動照明與二階強度干涉深度融合，建構出“大氣湍流為我所用”的新型成像範式：
1. 贋熱光陣列：讓雷射學會“跳舞”
- 部署8個獨立雷射發射器，間距0.15米超越大氣湍流外尺度
- 通過大氣湍流的自然調製，使每束雷射產生隨機相位，模擬出熱光特性
- 相較傳統熱光源，功率密度提升百倍，實現千米級主動照明
2. 量子級探測：單光子捕捉能量脈搏
- 採用超導奈米線單光子探測器，時間解析度達10皮秒
- 雙望遠鏡構成0.07-0.87米動態基線，捕捉目標反射光的強度關聯
3. 智能演算法：從噪聲中提取指紋
- 開發抗噪圖像重建演算法，即使訊號雜訊比低至0.1仍能恢復細節
- 通過深度學習補償大氣吸收譜畸變，重建誤差小於0.1毫米
對比傳統技術：
參數 傳統振幅干涉 主動強度干涉
大氣抗擾能力 需自適應光學校正 天然免疫湍流擾動
成像距離 ＜500米 1.36公里（實測）
目標類型 自發光體 任意反射體
三、應用狂想：從太空到反恐的降維打擊
這項技術的落地場景遠超天文觀測，正在開啟四大顛覆性應用：
1. 空間安全：毫米級碎片追蹤
可監測地球軌道上＞1釐米的太空垃圾，預警精度比現有雷達提升百倍
2. 城市反恐：隔牆辨物
結合太赫茲穿透特性，實現建築物內武器輪廓成像，解析度達指紋等級
3. 生態監測：森林碳匯精準計量
通過葉片反射光譜分析，測算單棵樹生物量，誤差＜3%
4. 深空探測：月球基地“超級天眼”
建構月面分佈式光學陣列，解析火星表面0.1米級地質結構
實測案例：
在蘇州城市環境中，該系統成功識別1.36公里外車輛牌照上的0.5毫米劃痕，並重建出樹葉紋理的亞毫米級特徵。
四、未來之戰：中國方案的星辰大海
儘管突破顯著，技術迭代仍在加速：
- 材料革新：研發鈮酸鋰光子晶片，將系統體積縮小至鞋盒尺寸
- 量子增強：引入糾纏光子源，預計2026年成像距離突破10公里
- 星群組網：規劃24顆低軌衛星星座，實現全球亞米級即時監測
挑戰與思考：
當解析度突破人類視覺極限，我們是否準備好應對“透視世界”帶來的倫理衝擊？潘建偉團隊負責人坦言：“技術無罪，關鍵在於駕馭它的智慧。”
結語：重新定義“看見”
從墨子的小孔成像，到今日的量子增強合成孔徑，中國人用2400年完成了一場視覺革命。這項技術不僅讓我們看清星河彼岸的細節，更在重構人類認知世界的維度——或許正如《物理評論快報》審稿人所言：“我們正在見證光學成像的哥白尼時刻。”
互動話題：如果擁有千米外識別人臉的能力，你認為這項技術應該首先應用於那個領域？評論區分享你的見解！ (電氣工程師之家)