前言

近日,来自华中科技大学、清华大学等机构的联合科研团队在光学顶尖期刊《Light: Science & Applications》https://doi.org/10.1038/s41377-025-01999-4上发表了一项具有重大应用前景的研究。他们成功研制出一种基于机械可调谐混合超表面(THCMs)的双模式激光雷达系统,实现了扫描与闪光两种工作模式的自由切换,极大提升了三维环境感知的灵活性与效率。

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核心突破

  通过偏振控制切换模式:左旋圆偏光触发多光束扫描模式,右旋圆偏光启动宽场闪光模式,无需复杂机械结构;

  扫描模式下可实现±35°视场、0.3°角分辨率的高精度探测,微位移控制精度达微米级;

  闪光模式下实现大范围均匀照明,适用于快速全景成像与目标初识别;

  提出“先闪后扫”自适应探测机制,提升系统在复杂环境中的响应效率与资源利用率。

研究意义

这项研究不仅解决了传统LiDAR在“精度”与“效率”之间的固有矛盾,还提出了一套自适应感知策略:先通过闪光模式快速识别目标,再依据场景复杂度切换至不同分辨率的扫描模式,实现智能化的三维重建。 

该技术极具潜力应用于:

 自动驾驶:提升复杂路况下的实时感知与响应能力;

 无人机与机器人导航:实现高效率、高精度的环境建模;

 增强现实(AR)与消费电子:支持更精准的虚实交互与手势识别;

 工业检测与智能安防:用于快速三维测量与监控。

结语

这项跨学科合作不仅展示了超表面技术在光电系统中的强大能力,也标志着我们向“更智能、更集成、更自适应”的新一代感知系统迈出关键一步。未来,随着微纳加工与集成光学技术的进一步发展,此类LiDAR系统有望成为智能设备的“标准视觉能力”,赋能万千场景。

图1:采用可调谐混合级联超表面(THCMs)的双模式3D探测示意图

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图2:MSI与MSII的单元结构及相位设计,以及光束阵列扫描模式与闪光照明模式的示意图

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图3:制备的可调谐混合级联超表面(THCMs)及其双模式响应特性的表征

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图4:基于所提出的LiDAR系统的三维感知

图4

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