上海
近日，我国成功搭建地面站与DRO-A地月卫星的双向激光通信链路，首次实现地月双向高速激光通信，标志着我国空间激光通信正式从近地轨道迈入地月空间，为载人登月、月球科研站、深空探测等重大工程筑牢通信基础。该项目中，中国科学院上海微系统与技术研究所（简称“上海微系统所”）聚焦深空极微弱激光信号接收核心难题，攻坚高速超导单光子阵列探测器，为本次重大技术突破提供了关键支撑。
地月尺度双向激光通信示意图。图片来源：中国科学院空间应用工程与技术中心
地月相距40万公里，激光信号光功率衰减超过1000亿倍，到达接收端的信号可能只有几个光子，衰减至单光子极限，信号微乎其微。在月光、大气杂散光、环境噪声等干扰下，有效光子信号极易被淹没，要从一大堆杂乱光线中，把微弱的激光信号挑出来，就像站在喧闹的大街上，分辨出一根针掉在地上的声音。此外，深空通信对探测器的响应速度、探测效率都有严苛的要求，激光飞行约1.3秒，期间卫星已移动数公里。
上海微系统所项目负责人、超导电子实验室研究员李浩介绍，地月激光通信长期面临远距离精准瞄准、超微弱信号捕获、高速率稳定传输三大技术壁垒。其中，超微弱信号捕获正是上海微系统所要全力攻克的难题。
高速超导单光子阵列探测器集成系统内部照片。图片来源：上海微系统所
对此，项目团队通过自主优化超导薄膜及纳米线制备工艺、优化阵列芯片结构与高速读出电路等，先后突破超高灵敏度阵列芯片研制、高速信号响应、弱光信号精准甄别、系统工程化集成等核心技术，完成技术从实验室原理验证到深空工程化应用的跨越，实现下行100Mbps的通信速率。过去一张8K月面高清图，传统地月微波通信（5Mbps）需要4至5分钟的传输时长，现在仅需12秒。
“地月双向高速激光通信可充分满足未来地月探测、深空探索的海量数据传输需求，相关超导探测、高速光通信技术还将反哺民用遥感、空间观测、精密探测领域，带动高端探测技术产业升级。”李浩介绍，此次项目研制的超导单光子探测器适用场景广泛，未来团队将持续迭代高速超导单光子探测器阵列技术，重点攻克器件轻量化、高集成度难题，打造国产化、高性能、工程化的超导单光子探测技术体系，支撑更多国家重大航天与科研工程。
上海微系统所超导电子实验室定位于超导电子学应用基础研究，面向超导电子学领域科学前沿和国家战略需求，开展超导传感器/探测器、超导集成电路、超导量子比特等超导量子技术及其应用研究。除了高速超导单光子阵列探测器外，实验室还率先在国内完整建立了覆盖低温超导量子磁探测芯片、工艺及系统的全栈核心技术体系。超导量子干涉器件（SQUID）是超导量子磁探测的核心器件，也是目前已知最灵敏的磁传感器之一，用于对精度要求极高的弱磁检测领域，如生物医学影像、矿产资源勘探等。
通讯员： 王荣会
编辑：杨玉洁
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