激光技術(shù)已成為高端制造、智能感知和下一代顯示產(chǎn)業(yè)核心驅(qū)動(dòng)力，據(jù)全球知名調(diào)研機(jī)構(gòu)Precedence Research統(tǒng)計(jì)，2023年全球激光加工市場(chǎng)規(guī)模為222.7億美元，預(yù)計(jì)2030年將增至378.8億美元。激光切割機(jī)、激光焊接機(jī)器人、光刻機(jī)這些設(shè)備將激光器作為核心引擎，其市場(chǎng)規(guī)模更大。2023年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)800億美元。中國(guó)是全球最大的激光應(yīng)用市場(chǎng)，也是全球最大的激光裝備生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，?2024年中國(guó)激光裝備市場(chǎng)規(guī)模突破1353億元人民幣，同比增長(zhǎng)約12%。

無(wú)論是智能手機(jī)的面部識(shí)別還是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的激光雷達(dá)，其核心激光模塊都需要依賴(lài)復(fù)雜而笨重的外部光學(xué)鏡片來(lái)“塑造”光束，不僅體積龐大、成本高昂，更會(huì)帶來(lái)難以根治的“散斑噪聲”痼疾。哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）宋清海、肖淑敏教授團(tuán)隊(duì)研究的“元激光器”，成功將傳統(tǒng)的激光器與所有的功能光學(xué)元件，壓縮集成在一片僅百納米厚的超薄芯片之上，讓激光在誕生之初就“天生自帶皮膚”，能自由變幻出任意所需的形狀與圖案，更從物理源頭近乎完美地消除了散斑，將深刻推動(dòng)通信、傳感、顯示到計(jì)算的全產(chǎn)業(yè)鏈變革，具有巨大商業(yè)潛力。

技術(shù)簡(jiǎn)介：

傳統(tǒng)激光器發(fā)出的激光其模斑、偏振和角動(dòng)量通常是固定和受限的，想要調(diào)控，就必須在激光器外部疊加一系列龐大而復(fù)雜的光學(xué)透鏡、波片和相位片等元件。通俗易懂地理解，傳統(tǒng)的激光器就像一個(gè)生產(chǎn)筆直、純凈激光的“手電筒”，發(fā)出的光是一條直線。如果你想讓它聚焦成一個(gè)點(diǎn)，你得在它前面加一個(gè)凸透鏡；如果你想讓它變成一個(gè)光環(huán)，你得加一個(gè)特殊的波片；你想讓它投射出一個(gè)“哈工大”的logo，那就需要一套非常復(fù)雜昂貴的全息片或者空間光調(diào)制器。這不僅使激光系統(tǒng)的體積和復(fù)雜度增加，外部調(diào)控還不可避免地會(huì)引入光學(xué)散斑噪聲，嚴(yán)重影響成像和顯示質(zhì)量。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）宋清海、肖淑敏教授團(tuán)隊(duì)成功攻克了傳統(tǒng)激光模斑形狀、偏振、角動(dòng)量受限的技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性開(kāi)發(fā)出可自由調(diào)控發(fā)射波前的新型激光光源，實(shí)現(xiàn)了激光波前形態(tài)的自由調(diào)控，開(kāi)創(chuàng)性地推動(dòng)了激光技術(shù)從“固定模斑”向“自由定制”的跨越，解決了激光顯示領(lǐng)域幾十年來(lái)的一大難題，大幅提升了激光在通信、計(jì)算、感知、成像等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

解決痛點(diǎn)：

? 光源源頭調(diào)控，突破自由定制壁壘：傳統(tǒng)激光器本身發(fā)出的光斑形狀和模式是固定的，需要依賴(lài)外部元件進(jìn)行的后端調(diào)控，不僅效率低下，在靈活性、調(diào)控精度和功能多樣性方面存在天花板。本項(xiàng)技術(shù)在激光振蕩產(chǎn)生之初便引入精心設(shè)計(jì)的幾何相位分布，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光波前的“源頭塑造”和“自由定制”，可以自由地、高精度地產(chǎn)生任何想要的波前，實(shí)現(xiàn)從“標(biāo)準(zhǔn)件”到“自由定制”的飛躍。

? 抑制散斑噪聲，攻克成像質(zhì)量瓶頸：傳統(tǒng)激光應(yīng)用中，激光的高度相干性會(huì)導(dǎo)致散斑噪聲這一固有頑疾。在用激光做投影或全息時(shí)，屏幕上總會(huì)布滿一層閃爍不定、密密麻麻的“雪花”噪點(diǎn)，嚴(yán)重影響顯示的清晰度和觀看體驗(yàn)。本項(xiàng)技術(shù)通過(guò)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能有效消除這些散斑，讓激光生成的圖像更干凈、更清晰，為真正清晰、逼真的激光投影和全息顯示打開(kāi)了大門(mén)。

? 顛覆傳統(tǒng)架構(gòu)，破解系統(tǒng)集成困境：傳統(tǒng)激光器在實(shí)際應(yīng)用中需要讓激光按需求改變形狀，比如聚焦成小點(diǎn)、拉成線條或形成特定圖案。但要實(shí)現(xiàn)這一操作，需要在激光器外面加上復(fù)雜笨重的光學(xué)零件，這就增加了設(shè)備的體積、重量和成本。本項(xiàng)新技術(shù)把所有復(fù)雜的光學(xué)功能直接刻在了激光器本身的發(fā)光面上，省去繁瑣的外部零件，從根本上實(shí)現(xiàn)了激光系統(tǒng)的小型化、輕量化和穩(wěn)定性，為激光技術(shù)在便攜式、集成化設(shè)備中的應(yīng)用掃清了障礙。

應(yīng)用場(chǎng)景：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的超表面激光器技術(shù)，將激光發(fā)射與波前調(diào)控功能集成于百納米厚的單一結(jié)構(gòu)，為多個(gè)前沿領(lǐng)域帶來(lái)了全新的解決方案，其應(yīng)用場(chǎng)景跨越顯示、通信、傳感和量子技術(shù)等多個(gè)重要領(lǐng)域。

? 顯示與成像領(lǐng)域：傳統(tǒng)AR/VR設(shè)備受限于笨重的光學(xué)系統(tǒng)和有限的視場(chǎng)角，本項(xiàng)技術(shù)超薄激光芯片可集成于眼鏡鏡腿或鏡片中，直接生成高質(zhì)量、無(wú)散斑的全息圖像，大幅降低設(shè)備重量和體積的同時(shí)提供更沉浸的視覺(jué)體驗(yàn)，將直接推動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）設(shè)備的根本性變革。而同樣，在激光投影領(lǐng)域，本技術(shù)能夠徹底解決長(zhǎng)期困擾行業(yè)的散斑噪聲問(wèn)題，使激光電視和工程投影儀能夠呈現(xiàn)更加純凈、色彩鮮艷的畫(huà)面，提升家庭影院和商業(yè)展示的視覺(jué)品質(zhì)。

? 通信領(lǐng)域：光纖通信對(duì)激光的傳輸效率和穩(wěn)定性要求很高，傳統(tǒng)激光受限于固定模斑，傳輸過(guò)程中容易出現(xiàn)損耗。而本項(xiàng)技術(shù)能讓激光根據(jù)不同的傳輸需求調(diào)整形態(tài)，通過(guò)優(yōu)化光束聚焦度，讓信號(hào)在光纖里傳輸?shù)母?、更遠(yuǎn)，這種能力對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)中心、5G/6G基站等高速傳輸場(chǎng)景具有重要意義，為下一代通信基礎(chǔ)設(shè)施奠定基礎(chǔ)。

? 傳感與測(cè)量領(lǐng)域：激光雷達(dá)是自動(dòng)駕駛汽車(chē)的核心部件，目前自動(dòng)駕駛車(chē)輛車(chē)頂?shù)募す饫走_(dá)旋轉(zhuǎn)部件體積大、成本高、且影響美觀。本項(xiàng)目技術(shù)將有效推動(dòng)激光雷達(dá)（LiDAR）向固態(tài)化、微型化方向發(fā)展。本項(xiàng)目的激光芯片可嵌入汽車(chē)車(chē)身形成分布式感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)機(jī)械部件的全固態(tài)掃描，大幅提升自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的可靠性和美觀度。在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，本項(xiàng)目能產(chǎn)生的無(wú)衍射光束可以應(yīng)用在半導(dǎo)體缺陷檢測(cè)、生物細(xì)胞操控、納米級(jí)材料加工等超高精度測(cè)量應(yīng)用，為工業(yè)檢測(cè)和科學(xué)研究提供新一代測(cè)量工具。

本項(xiàng)技術(shù)不僅解決了激光系統(tǒng)體積龐大、調(diào)控能力有限和散斑噪聲等方面的傳統(tǒng)難題，更重要的是為多個(gè)行業(yè)提供了全新的技術(shù)路徑，有望重新定義未來(lái)光電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用方式。