激光测距是以激光器作为光源进行测距，由于其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一，因而被广泛用于地形测量，战场测量，坦克，飞机，舰艇和火炮对目标的测距，测量云层、飞机、导弹以及人造卫星的高度等。近日，精密激光测距研究获得重大突破，不仅测量范围扩大，并且还可以测量任何星际距离。

       目前，精密激光测距的极限是地月距离。这些系统基于被动激光测距，测量信号按距离的四次方反比（1/R^4）衰减。近日，加利福尼亚州的加州喷气推进技术实验室的Yijiang Chen，Kevin M. Birnbaum和Hamid Hemmati设计了一套新系统，这套系统使用主动激光测距，信号衰减只有距离的二次方反比（1/R^2） 。系统的测量范围增大了几千倍，而且新系统有可能达到亚毫米级的精度，整体性能提升三个数量级以上。相关论文已发表在最近一期《应用物理快报》（102, 241107 (2013). DOI: 10.1063/1.4810906）。

        根据Birnbaum的解说，“原则上，只要增加望远镜的大小，这种方法可以扩大到任何星际距离。根据我们计算，实现从地球到火星或木星测距，需要在地球上放置直径1米的望远镜，在飞船安置上直径15厘米的望远镜。这个要求很容易达到。 ”

        主动激光测距地球和行星之间的空间 - 时间图。该系统收发器两端均采用有源激光器，所以比无源收发器的信号更强，可以实现远距离激光测距。

       新的激光测距方案，每一端都有一个收发器发射并接收激光脉冲。激光脉冲上加载有时间标签，用来测量脉冲传播花费时间，进而测量收发器之间的距离。科学家们解释说，这些“主动收发器”是远距离测量的关键。

    “与现有光学技术相比，关键在于使用主动收发器。目前光学测距基于测量目标被动地反射光线。所以有效测量范围限于地—月距离。这一距离根本不能被称为星际空间，因为行星间距离比月球远上几千倍。如果尝试使用相同的被动测量系统测量行星间距离，因为光强随1/R^4下降，得到的信号会减弱万亿倍。但我们使用的激光器两端为有源收发器，所以每端都可以得到更强的信号。”Birnbaum 进一步解释说，需要的激光功率没有超出现有激光器。“激光器本身并不需要非常强大， ”他说，“市售的激光具有足够的脉冲能量。系统需要的出射光强可以很低，甚至人眼安全的光强都可以。只要有一个非常敏感的接收器并且从背景光中挑选出‘信号’。”

       他们在地球上开展了实验室测试和室外测试。虽然由于地球大气中的大气湍流的波动将增加少量的误差，科学家们认为，这个误差可以被控制在1毫米之内。测量与实际距离的偏差不超过0.14毫米，远低于1毫米精度的目标。

       实现远距离、高精度激光测距的最大挑战为收发器同步和克服杂散背景光。研究人员使用新的同步方案来克服这些难题，包括星际激光通信，以及使用低重复率短脉冲激光。未来他们想对系统进行更大规模测试。“技术在实验室与室外测试得到了验证，我们接下来想在飞机与地面测试收发器，然后我们会在地面和太空船之前测试。”伯恩鲍姆说。

科学家研制出新激光测距系统 可测量任何星际距离

       激光测距的巨大进步将带来许多应用。首先可能解决火星内部组成迷题。其次以用在基础物理领域新的实验，包括：检验等价原理，明显的宇宙加速膨胀，可能存在额外维度。最后，新激光测距系统可以保证行星间实验的开展，并可以扩展到其他太阳系天体。这一系列实验将揭示诸多：行星的演化，大气、海洋和光环的组成成分。

       该新激光测距系统的是测量领域的重大突破，将使得那些星球的未解之谜慢慢透明化，并且还可能为我们找到其他天体，进而拓展我们的认知。此外，该激光测距系统也将推动着其他相关应用领域的大发展。