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)動力，據(jù)全球知名調(diào)研機(jī)構(gòu)Precedence Research統(tǒng)計，2023年全球激光加工市場規(guī)模為222.7億美元，預(yù)計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，其市場規(guī)模更大。2023年全球市場規(guī)模達(dá)800億美元。中國是全球最大的激光應(yīng)用市場，也是全球最大的激光裝備生產(chǎn)國和消費國，?2024年中國激光裝備市場規(guī)模突破1353億元人民幣，同比增長約12%。
無論是智能手機(jī)的面部識別還是自動駕駛汽車的激光雷達(dá)，其核心激光模塊都需要依賴復(fù)雜而笨重的外部光學(xué)鏡片來“塑造”光束，不僅體積龐大、成本高昂，更會帶來難以根治的“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，將深刻推動通信、傳感、顯示到計算的全產(chǎn)業(yè)鏈變革，具有巨大商業(yè)潛力。
技術(shù)簡介：
傳統(tǒng)激光器發(fā)出的激光其模斑、偏振和角動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點，你得在它前面加一個凸透鏡；如果你想讓它變成一個光環(huán)，你得加一個特殊的波片；你想讓它投射出一個“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)隊成功攻克了傳統(tǒng)激光模斑形狀、偏振、角動量受限的技術(shù)瓶頸，創(chuàng)新性開發(fā)出可自由調(diào)控發(fā)射波前的新型激光光源，實現(xiàn)了激光波前形態(tài)的自由調(diào)控，開創(chuàng)性地推動了激光技術(shù)從“固定模斑”向“自由定制”的跨越，解決了激光顯示領(lǐng)域幾十年來的一大難題，大幅提升了激光在通信、計算、感知、成像等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
解決痛點：
? 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。本項技術(shù)在激光振蕩產(chǎn)生之初便引入精心設(shè)計的幾何相位分布，實現(xiàn)了對激光波前的“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導(dǎo)致散斑噪聲這一固有頑疾。在用激光做投影或全息時，屏幕上總會布滿一層閃爍不定、密密麻麻的“雪花”噪點，嚴(yán)重影響顯示的清晰度和觀看體驗。本項技術(shù)通過獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計，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了大門。
? 顛覆傳統(tǒng)架構(gòu)，破解系統(tǒng)集成困境：傳統(tǒng)激光器在實際應(yīng)用中需要讓激光按需求改變形狀，比如聚焦成小點、拉成線條或形成特定圖案。但要實現(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)用場景：
哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊開發(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)，為多個前沿領(lǐng)域帶來了全新的解決方案，其應(yīng)用場景跨越顯示、通信、傳感和量子技術(shù)等多個重要領(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)和有限的視場角，本項技術(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、無散斑的全息圖像，大幅降低設(shè)備重量和體積的同時提供更沉浸的視覺體驗，將直接推動增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（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)能夠徹底解決長期困擾行業(yè)的散斑噪聲問題，使激光電視和工程投影儀能夠呈現(xiàn)更加純凈、色彩鮮艷的畫面，提升家庭影院和商業(yè)展示的視覺品質(zhì)。
? 通信領(lǐng)域：光纖通信對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，傳輸過程中容易出現(xiàn)損耗。而本項技術(shù)能讓激光根據(jù)不同的傳輸需求調(diào)整形態(tài)，通過優(yōu)化光束聚焦度，讓信號在光纖里傳輸?shù)母臁⒏h(yuǎn)，這種能力對未來數(shù)據(jù)中心、5G/6G基站等高速傳輸場景具有重要意義，為下一代通信基礎(chǔ)設(shè)施奠定基礎(chǔ)。
? 傳感與測量領(lǐng)域：激光雷達(dá)是自動駕駛汽車的核心部件，目前自動駕駛車輛車頂?shù)募す饫走_(dá)旋轉(zhuǎn)部件體積大、成本高、且影響美觀。本項目技術(shù)將有效推動激光雷達(dá)（LiDAR）向固態(tài)化、微型化方向發(fā)展。本項目的激光芯片可嵌入汽車車身形成分布式感知系統(tǒng)，實現(xiàn)無機(jī)械部件的全固態(tài)掃描，大幅提升自動駕駛系統(tǒng)的可靠性和美觀度。在工業(yè)測量領(lǐng)域，本項目能產(chǎn)生的無衍射光束可以應(yīng)用在半導(dǎo)體缺陷檢測、生物細(xì)胞操控、納米級材料加工等超高精度測量應(yīng)用，為工業(yè)檢測和科學(xué)研究提供新一代測量工具。
本項技術(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，更重要的是為多個行業(yè)提供了全新的技術(shù)路徑，有望重新定義未來光電系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用方式。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
