激光技術已成為高端制造、智能感知和下一代顯示產業核心驅動力，據全球知名調研機構Precedence Research統計，2023年全球激光加工市場規模為222.7億美元，預計2030年將增至378.8億美元。激光切割機、激光焊接機器人、光刻機這些設備將激光器作為核心引擎，其市場規模更大。2023年全球市場規模達800億美元。中國是全球最大的激光應用市場，也是全球最大的激光裝備生產國和消費國，?2024年中國激光裝備市場規模突破1353億元人民幣，同比增長約12%。
無論是智能手機的面部識別還是自動駕駛汽車的激光雷達，其核心激光模塊都需要依賴復雜而笨重的外部光學鏡片來“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。哈爾濱工業大學（深圳）宋清海、肖淑敏教授團隊研究的“元激光器”，成功將傳統的激光器與所有的功能光學元件，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、顯示到計算的全產業鏈變革，具有巨大商業潛力。
技術簡介：
傳統激光器發出的激光其模斑、偏振和角動量通常是固定和受限的，想要調控，就必須在激光器外部疊加一系列龐大而復雜的光學透鏡、波片和相位片等元件。通俗易懂地理解，傳統的激光器就像一個生產筆直、純凈激光的“手電筒”，發出的光是一條直線。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，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雜昂貴的全息片或者空間光調制器。這不僅使激光系統的體積和復雜度增加，外部調控還不可避免地會引入光學散斑噪聲，嚴重影響成像和顯示質量。
哈爾濱工業大學（深圳）宋清海、肖淑敏教授團隊成功攻克了傳統激光模斑形狀、偏振、角動量受限的技術瓶頸，創新性開發出可自由調控發射波前的新型激光光源，實現了激光波前形態的自由調控，開創性地推動了激光技術從“固定模斑”向“自由定制”的跨越，解決了激光顯示領域幾十年來的一大難題，大幅提升了激光在通信、計算、感知、成像等領域的應用潛力。
解決痛點：
? 光源源頭調控，突破自由定制壁壘：傳統激光器本身發出的光斑形狀和模式是固定的，需要依賴外部元件進行的后端調控，不僅效率低下，在靈活性、調控精度和功能多樣性方面存在天花板。本項技術在激光振蕩產生之初便引入精心設計的幾何相位分布，實現了對激光波前的“源頭塑造”和“自由定制”，可以自由地、高精度地產生任何想要的波前，實現從“標準件”到“自由定制”的飛躍。
? 抑制散斑噪聲，攻克成像質量瓶頸：傳統激光應用中，激光的高度相干性會導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，嚴重影響顯示的清晰度和觀看體驗。本項技術通過獨特的結構設計，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。
? 顛覆傳統架構，破解系統集成困境：傳統激光器在實際應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。但要實現這一操作，需要在激光器外面加上復雜笨重的光學零件，這就增加了設備的體積、重量和成本。本項新技術把所有復雜的光學功能直接刻在了激光器本身的發光面上，省去繁瑣的外部零件，從根本上實現了激光系統的小型化、輕量化和穩定性，為激光技術在便攜式、集成化設備中的應用掃清了障礙。
應用場景：
哈爾濱工業大學團隊開發的超表面激光器技術，將激光發射與波前調控功能集成于百納米厚的單一結構，為多個前沿領域帶來了全新的解決方案，其應用場景跨越顯示、通信、傳感和量子技術等多個重要領域。
? 顯示與成像領域：傳統AR/VR設備受限于笨重的光學系統和有限的視場角，本項技術超薄激光芯片可集成于眼鏡鏡腿或鏡片中，直接生成高質量、無散斑的全息圖像，大幅降低設備重量和體積的同時提供更沉浸的視覺體驗，將直接推動增強現實（AR）和虛擬現實（VR）設備的根本性變革。而同樣，在激光投影領域，本技術能夠徹底解決長期困擾行業的散斑噪聲問題，使激光電視和工程投影儀能夠呈現更加純凈、色彩鮮艷的畫面，提升家庭影院和商業展示的視覺品質。
? 通信領域：光纖通信對激光的傳輸效率和穩定性要求很高，傳統激光受限于固定模斑，傳輸過程中容易出現損耗。而本項技術能讓激光根據不同的傳輸需求調整形態，通過優化光束聚焦度，讓信號在光纖里傳輸的更快、更遠，這種能力對未來數據中心、5G/6G基站等高速傳輸場景具有重要意義，為下一代通信基礎設施奠定基礎。
? 傳感與測量領域：激光雷達是自動駕駛汽車的核心部件，目前自動駕駛車輛車頂的激光雷達旋轉部件體積大、成本高、且影響美觀。本項目技術將有效推動激光雷達（LiDAR）向固態化、微型化方向發展。本項目的激光芯片可嵌入汽車車身形成分布式感知系統，實現無機械部件的全固態掃描，大幅提升自動駕駛系統的可靠性和美觀度。在工業測量領域，本項目能產生的無衍射光束可以應用在半導體缺陷檢測、生物細胞操控、納米級材料加工等超高精度測量應用，為工業檢測和科學研究提供新一代測量工具。
本項技術不僅解決了激光系統體積龐大、調控能力有限和散斑噪聲等方面的傳統難題，更重要的是為多個行業提供了全新的技術路徑，有望重新定義未來光電系統的設計與應用方式。
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