专业解读《Light》封面：可调谐混合超表面（THCMs）如何革新下一代LiDAR系统

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。

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

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

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

图4：基于所提出的LiDAR系统的三维感知

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