激光技术已成为高端制造、智能感知和下一代显示产业核心驱动力，据全球知名调研机构Precedence Research统计，2023年全球激光加工市场规模为222.7亿美元，预计2030年将增至378.8亿美元。激光切割机、激光焊接机器人、光刻机这些设备将激光器作为核心引擎，其市场规模更大。2023年全球市场规模达800亿美元。中国是全球最大的激光应用市场，也是全球最大的激光装备生产国和消费国，‌2024年中国激光装备市场规模突破1353亿元人民币，同比增长约12%。

无论是智能手机的面部识别还是自动驾驶汽车的激光雷达，其核心激光模块都需要依赖复杂而笨重的外部光学镜片来“塑造”光束，不仅体积庞大、成本高昂，更会带来难以根治的“散斑噪声”痼疾。哈尔滨工业大学（深圳）宋清海、肖淑敏教授团队研究的“元激光器”，成功将传统的激光器与所有的功能光学元件，压缩集成在一片仅百纳米厚的超薄芯片之上，让激光在诞生之初就“天生自带皮肤”，能自由变幻出任意所需的形状与图案，更从物理源头近乎完美地消除了散斑，将深刻推动通信、传感、显示到计算的全产业链变革，具有巨大商业潜力。

技术简介：

传统激光器发出的激光其模斑、偏振和角动量通常是固定和受限的，想要调控，就必须在激光器外部叠加一系列庞大而复杂的光学透镜、波片和相位片等元件。通俗易懂地理解，传统的激光器就像一个生产笔直、纯净激光的“手电筒”，发出的光是一条直线。如果你想让它聚焦成一个点，你得在它前面加一个凸透镜；如果你想让它变成一个光环，你得加一个特殊的波片；你想让它投射出一个“哈工大”的logo，那就需要一套非常复杂昂贵的全息片或者空间光调制器。这不仅使激光系统的体积和复杂度增加，外部调控还不可避免地会引入光学散斑噪声，严重影响成像和显示质量。

哈尔滨工业大学（深圳）宋清海、肖淑敏教授团队成功攻克了传统激光模斑形状、偏振、角动量受限的技术瓶颈，创新性开发出可自由调控发射波前的新型激光光源，实现了激光波前形态的自由调控，开创性地推动了激光技术从“固定模斑”向“自由定制”的跨越，解决了激光显示领域几十年来的一大难题，大幅提升了激光在通信、计算、感知、成像等领域的应用潜力。

解决痛点：

✅ 光源源头调控，突破自由定制壁垒：传统激光器本身发出的光斑形状和模式是固定的，需要依赖外部元件进行的后端调控，不仅效率低下，在灵活性、调控精度和功能多样性方面存在天花板。本项技术在激光振荡产生之初便引入精心设计的几何相位分布，实现了对激光波前的“源头塑造”和“自由定制”，可以自由地、高精度地产生任何想要的波前，实现从“标准件”到“自由定制”的飞跃。

✅ 抑制散斑噪声，攻克成像质量瓶颈：传统激光应用中，激光的高度相干性会导致散斑噪声这一固有顽疾。在用激光做投影或全息时，屏幕上总会布满一层闪烁不定、密密麻麻的“雪花”噪点，严重影响显示的清晰度和观看体验。本项技术通过独特的结构设计，能有效消除这些散斑，让激光生成的图像更干净、更清晰，为真正清晰、逼真的激光投影和全息显示打开了大门。

✅ 颠覆传统架构，破解系统集成困境：传统激光器在实际应用中需要让激光按需求改变形状，比如聚焦成小点、拉成线条或形成特定图案。但要实现这一操作，需要在激光器外面加上复杂笨重的光学零件，这就增加了设备的体积、重量和成本。本项新技术把所有复杂的光学功能直接刻在了激光器本身的发光面上，省去繁琐的外部零件，从根本上实现了激光系统的小型化、轻量化和稳定性，为激光技术在便携式、集成化设备中的应用扫清了障碍。

应用场景：

哈尔滨工业大学团队开发的超表面激光器技术，将激光发射与波前调控功能集成于百纳米厚的单一结构，为多个前沿领域带来了全新的解决方案，其应用场景跨越显示、通信、传感和量子技术等多个重要领域。

✅ 显示与成像领域：传统AR/VR设备受限于笨重的光学系统和有限的视场角，本项技术超薄激光芯片可集成于眼镜镜腿或镜片中，直接生成高质量、无散斑的全息图像，大幅降低设备重量和体积的同时提供更沉浸的视觉体验，将直接推动增强现实（AR）和虚拟现实（VR）设备的根本性变革。而同样，在激光投影领域，本技术能够彻底解决长期困扰行业的散斑噪声问题，使激光电视和工程投影仪能够呈现更加纯净、色彩鲜艳的画面，提升家庭影院和商业展示的视觉品质。

✅ 通信领域：光纤通信对激光的传输效率和稳定性要求很高，传统激光受限于固定模斑，传输过程中容易出现损耗。而本项技术能让激光根据不同的传输需求调整形态，通过优化光束聚焦度，让信号在光纤里传输的更快、更远，这种能力对未来数据中心、5G/6G基站等高速传输场景具有重要意义，为下一代通信基础设施奠定基础。

✅ 传感与测量领域：激光雷达是自动驾驶汽车的核心部件，目前自动驾驶车辆车顶的激光雷达旋转部件体积大、成本高、且影响美观。本项目技术将有效推动激光雷达（LiDAR）向固态化、微型化方向发展。本项目的激光芯片可嵌入汽车车身形成分布式感知系统，实现无机械部件的全固态扫描，大幅提升自动驾驶系统的可靠性和美观度。在工业测量领域，本项目能产生的无衍射光束可以应用在半导体缺陷检测、生物细胞操控、纳米级材料加工等超高精度测量应用，为工业检测和科学研究提供新一代测量工具。

本项技术不仅解决了激光系统体积庞大、调控能力有限和散斑噪声等方面的传统难题，更重要的是为多个行业提供了全新的技术路径，有望重新定义未来光电系统的设计与应用方式。