东海实验室孙文波团队在圆偏振抗干扰测海激光雷达领域取得重要新进展！

近日，Nature旗下知名物理学期刊《Communications Physics》刊发了东海实验室光学感知装备研究团队在圆偏振抗干扰激光雷达领域的最新研究成果，论文题目为“Anti-interference circularly polarized LiDAR for ocean detection”。该论文第一作者为东海实验室专职研究员李嘉晋博士，通讯作者为首席科学家孙文波研究员，东海实验室为第一完成单位。崂山实验室唐军武研究员在本研究中提供了重要支持。

海洋激光雷达具备高垂直分辨率的主动探测能力，能够精准地获取水体光学剖面，是实现全球海洋次表层结构高精度遥感观测的关键手段。然而，具有高度时变性的阳光背景噪声与多次散射光等干扰源常显著限制激光雷达的探测范围与精度。这一问题长期以来制约了激光雷达在海洋水色参数全天时定量遥感反演中的应用。因此，有效抑制阳光背景噪声和多重散射光对弱回波信号的干扰，对于降低海洋水色参数反演的不确定性、提升激光雷达海洋光学探测的可靠性至关重要。

针对海洋激光雷达受阳光背景噪声与多重散射干扰的难题，东海实验室光学感知装备研究团队在国际上首创了圆偏振光抗干扰技术，并成功研制出新型海洋激光雷达系统。该技术基于两个关键物理特性：其一，自然环境中的圆偏振光分量近乎为零；其二，圆偏振光在海水中的侧向散射光会迅速退偏，转化为非偏振或线偏振光。基于这一重要物理机制，圆偏振抗干扰测海激光雷达可以高效地抑制阳光和多重散射光等主要干扰源，显著地提升探测灵敏度与精度。

图1 抗干扰星载激光雷达用于海洋探测的概念示意图

在中国南海的海试实测结果表明，东海实验室光学感知装备研究团队所研制的圆偏振抗干扰激光雷达在白天水下测距能力超过了75米，夜间测试更能够突破100米。该系统不仅能有效地提升探测深度，还可更加准确地反演海洋水色参数，获得更接近固有光学量（如光束衰减系数）的测量结果。其核心优势在于：通过圆偏振光的物理机制，对非圆偏振背景光（如阳光直射、海面散射光等）实现共模抑制，同时显著地削弱水体多重散射带来的干扰。即使在强日照、云雾扰动及动态海面散射光等非平稳复杂背景下，系统仍然能维持较高信噪比，减少干扰源带来的影响，且输出数据具有更强的物理可解释性。相较于传统激光雷达，该方案在鲁棒性与数据即用性方面都展现出了显著优势。目前，研究团队已完成系统的小型化研制并且完成了初步的验证工作，可适配船载及无人机载平台，具备良好的应用拓展潜力。

图2 传统方法和圆偏振探测方法的水体测量结果对比

图3 机载圆偏振抗干扰测海激光雷达

近年来，孙文波研究员团队在圆偏振抗干扰理论与关键技术方面取得突破性进展，在国际上首创并构建了一套系统完整、具有自主知识产权的技术解决方案。该方案已成功拓展至水体高光谱测量、跨介质无线光通信等新兴应用领域，并有望为我国研制全球领先的首颗海洋激光雷达卫星提供关键且切实可行的技术支撑路径。该技术体系兼具三重显著优势：其一，可高效抑制太阳光背景干扰，显著提升弱信号探测能力；其二，大幅提高星载载荷对海洋光学参数的反演精度与数据可用性；其三，有效降低光感通领域抗干扰系统的制造工艺复杂度与建设成本，为大规模工程应用提供高性价比的技术路径。其应用将为我国构建全球海洋立体监测网络、实现海洋遥感能力的跨越式发展奠定核心技术基础，助力我国在海洋空间观测领域抢占国际制高点。

相关研究文章：

[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.

• 信息来源：东海实验室。

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