摘要：想象一下，机器人、无人机、自动驾驶汽车的“眼睛”，既能像鹰眼一样精准扫描远处细节，又能像闪光灯一样瞬间照亮整个场景——近日，我国科研人员成功研发出一种全新的“双模态”激光雷达系统，巧妙融合了扫描式与快照式两种方案的优势，让三维感知能力迈上新台阶。这项成果由华中

想象一下，机器人、无人机、自动驾驶汽车的“眼睛”，既能像鹰眼一样精准扫描远处细节，又能像闪光灯一样瞬间照亮整个场景——近日，我国科研人员成功研发出一种全新的“双模态”激光雷达系统，巧妙融合了扫描式与快照式两种方案的优势，让三维感知能力迈上新台阶。这项成果由华中科技大学智能微系统团队主导，联合清华大学、北京信息科技大学共同完成，并发表在国际顶级光学期刊《Light: Science & Applications》上。

激光雷达被誉为自动驾驶汽车、机器人和测绘设备的“眼睛”，它通过发射和接收激光束来精准测量目标的距离，从而绘制出三维地图。目前主流的激光雷达有两种类型：一种是“扫描式”，像探照灯一样逐点扫描，看得远、精度高，但速度较慢；另一种是“闪光式”，像相机闪光灯一样瞬间照亮整个区域，速度快，但精度和探测距离有限。如何让这双“眼睛”既能看得远、看得清，又能看得快，一直是科研人员努力的方向。

华中科技大学等团队提出的创新方案，核心在于一种名为“混合级联平动超表面”的神奇器件。

神奇之处一：超表面是近些年兴起的一种新型光学器件，通过微米纳米结构的导波或谐振效应来调节光场特性，使得复杂的光波调控可以通过厚度不超过1 μm（约为一根头发丝直径的1/50）的薄膜完成。简单来说，这就是两层经过特殊设计、远比头发丝还要纤薄的平面光学薄片。

神奇之处二：模式切换靠“旋转”光。研究人员发现，只需改变入射激光的“自旋方向”（即偏振态），就能让这套系统在两种工作模式间自由切换：当使用左旋圆偏振光时，系统进入高精度扫描模式。两层超表面之间进行微小的相对平移（±100微米），就能让激光束在±35°的视野范围内进行高准直的点阵扫描，精准捕捉远处目标的细节。改变平移的步长，还能动态调整扫描的分辨率。当使用右旋圆偏振光时，系统瞬间切换到闪光模式。这时，它不再扫描，而是像闪光灯一样，一次性均匀照亮整个视野，瞬间完成整个场景的三维成像，速度极快。

图1 通过切换入射光的偏振态来切换感知模式

这套系统也使得更智能的三维感测成为可能，搭载相应的控制算法后，就能根据实际需求自动调整工作方式。比如，它可以先用闪光模式快速“扫一眼”整个环境，获取目标的大致轮廓和复杂程度信息。然后，系统会基于这些初步信息进行分析和判断：哪些区域需要更精细的探测？采用怎样的分辨率最合适？随后，系统便切换到扫描模式，对关键区域进行“重点关照”，真正做到“需要快的地方快，需要细的地方细”。

图2 实现更灵活的三维感知策略

两层超表面之间的微小相互位移可以通过微型执行器件来完成，这使得整个光束调控器件轻巧灵活，易于集成。研究团队成功构建了基于此器件的双模态激光雷达系统原型。

图3 迈向更轻巧的激光雷达系统

这项技术的突破性在于，它成功弥合了传统扫描式和闪光式激光雷达的鸿沟，在保证高精度和远距离探测能力的同时，大幅提升了探测效率。它让激光雷达在复杂多变的环境下具备了更强的适应性和灵活性。论文通讯作者之一、清华大学赵晓光副教授表示，该工作不仅为多模态三维感知提供了新平台，也有望成为推动激光雷达系统小型化、智能化发展的新思路。

随着技术的进一步成熟，这种高效、灵活、小巧的“双模态”激光雷达，有望在未来自动驾驶汽车、智能机器人、高端测绘等领域大显身手，进一步提高机器“看”世界的能力。

论文信息： 论文《A dual-mode LiDAR system enabled by mechanically tunable hybrid cascaded metasurfaces》发表于《Light: Science & Applications》。华中科技大学张凌云助理研究员与清华大学博士生张驰为共同第一作者，清华大学赵晓光副教授、邢飞教授与北京信息科技大学景晓丽教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金等资助。

论文链接： https://www.nature.com/articles/s41377-025-01999-4

记者：张昀

通讯员：高翔 马波

值班编辑：郭倩倩

审核、签发：赵阳

来源：武汉新闻广播