電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報道 激光雷達作為獲取三維空間信息的核心傳感器，是自動駕駛、智能機器人和地理測繪等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。然而，傳統(tǒng)方案始終面臨一個根本性矛盾：機械掃描式LiDAR精度高、探測距離遠，但效率低下；而閃光式（Flash）LiDAR能瞬間成像、效率極高，卻因能量分散導致精度和距離大打折扣。
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近日，由華中科技大學聯(lián)合清華大學、北京信息科技大學共同研發(fā)的一種全新的“雙模態(tài)”激光雷達系統(tǒng)成果發(fā)表于國際光學期刊《光：科學與應用》。這項研究通過創(chuàng)新的“可調(diào)諧混合級聯(lián)超表面”（THCMs）技術(shù)，成功將這機械掃描和Flash模式合二為一，打造出一款微型化、高適應性的雙模態(tài)激光雷達系統(tǒng)，為行業(yè)帶來了革命性的解決方案。
（論文鏈接https://www.nature.com/articles/s41377-025-01999-4） 該系統(tǒng)的核心在于一個精巧的光學器件——由兩層不同功能的超表面級聯(lián)而成，并集成在一個微型機械執(zhí)行器上。超表面是一種由亞波長結(jié)構(gòu)組成的平面光學元件，能夠以前所未有的精度操控光的相位和偏振。研究人員巧妙地利用了這一點：第一層超表面（MS I）基于“潘查拉特南-貝里相位”（PB相位），對光的偏振態(tài)極為敏感；第二層超表面（MS II）則基于“傳播相位”，對偏振不敏感。通過簡單地切換入射激光的偏振態(tài)（左旋或右旋圓偏振光），即可在兩種工作模式間無縫切換。
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在閃光照明模式下，系統(tǒng)如同一個高效的“廣角手電筒”。當右旋圓偏振光入射時，兩層超表面協(xié)同作用，將激光束均勻地擴散至±35°的廣闊視場內(nèi)，實現(xiàn)對整個場景的瞬時、單幀捕捉。這種模式犧牲了部分精度，但換來了無與倫比的檢測效率和速度，非常適合用于對環(huán)境進行快速的初步掃描，識別出大致的物體輪廓和場景復雜度。
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而在光束陣列掃描模式下，系統(tǒng)則變身為一個精密的“掃描儀”。當左旋圓偏振光入射時，系統(tǒng)會投射出一個由多個高準直光束組成的陣列。此時，集成的微型形狀記憶合金（SMA）執(zhí)行器登場，它能精確地在平面內(nèi)橫向移動第二層超表面（MS II），移動范圍僅為±100微米。這一微小的物理位移，卻能驅(qū)動整個光束陣列在±35°的視場內(nèi)進行連續(xù)、高精度的掃描。與傳統(tǒng)的單點掃描相比，光束陣列掃描極大地提升了檢測效率；同時，其角分辨率可動態(tài)調(diào)節(jié)，最低可達0.3°，深度誤差小于1.02%，保證了卓越的探測精度。
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這項技術(shù)的關(guān)鍵，在于其自適應的3D重建方案。系統(tǒng)并非簡單地在兩種模式間切換，而是讓它們協(xié)同工作，形成一個智能的檢測閉環(huán)。首先，系統(tǒng)會啟動“Flash模式”，在毫秒級時間內(nèi)完成對目標區(qū)域的粗略掃描，快速獲取物體的邊緣和大致形態(tài)?；谶@個初步結(jié)果，系統(tǒng)會智能判斷目標的復雜程度。對于簡單的物體（如一個方塊），系統(tǒng)會切換到“掃描模式”，并采用較大的步進（如50μm）進行低分辨率、高效率的掃描；而對于復雜的物體（如一尊大衛(wèi)雕像），系統(tǒng)則會自動選擇更精細的步進（如10μm），進行高分辨率、高精度的點云構(gòu)建。完成精細掃描后，系統(tǒng)又可切換回“閃光模式”，準備進行下一幀的快速環(huán)境感知。這種“先粗后精、按需分配”的策略，完美地平衡了效率與精度這對矛盾。
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該雙模態(tài)激光雷達系統(tǒng)不僅在性能上實現(xiàn)了突破，其微型化和固態(tài)化的特性也極具應用前景。它擺脫了傳統(tǒng)機械旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)緊湊、抗沖擊性強、壽命長。研究團隊指出，未來通過集成垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）陣列等緊湊光源，有望進一步實現(xiàn)高度定制化、高性能的微型激光雷達。這項技術(shù)將為無人機導航、自動駕駛、機器人靈巧操作、消費電子乃至元宇宙中的虛擬現(xiàn)實交互，提供更強大、更靈活的“視覺”支持，加速智能社會的到來。