本报讯（记者刁雯蕙）哈尔滨工业大学（深圳）教授宋清海、肖淑敏团队突破了传统激光模斑形状、偏振、角动量受限的技术瓶颈，开发出可自由调控发射波前的新型激光光源。该成果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”跨越，大幅提升了激光在通信、计算、感知、成像等领域的应用潜力。相关研究成果近日发表于《自然》。

传统激光器难以精确调控输出波前，通常需借助透镜、波片、相位片等外部光学元件实现对光束形状的调控。因此，能否直接对激光发射波前及辐射特性实现自由定制是现代激光技术领域面临的难题。

纳米光子学中，超表面可通过人工纳米结构在微纳尺度上实现复杂的光场调控，然而，将超表面直接引入激光谐振腔内部时，每个超表面单元会产生不同的相位延迟，从而破坏共振条件以及相应的激光行为。因此，超表面通常被部署在激光腔外部，或者需要引入复杂的腔内相位补偿方案，使激光系统变得庞大且复杂。

此外，采用此类方法生成的激光全息图案不可避免地受光学散斑噪声影响。

针对上述问题，团队提出了新型超表面激光系统。该系统的核心结构为具有偏心孔洞的氮化硅纳米柱，呈正方晶格排列。偏心孔洞的转动使每个氮化硅纳米柱中的局部电偶极矩及辐射的偏振方向发生旋转，从而引入几何相位。由于该几何相位与激光谐振模式的动力学相位解耦，因此激光发射波前完全由各纳米柱中的孔洞旋转角度决定。

根据上述机制，团队设计并制备了具有不同几何相位分布的超表面激光器，并验证了其激光输出具有不同的发射波前。研究人员发现，激光光束形状可人为调整为聚焦光斑、焦线、涡旋光束甚至全息图案。此外，新型激光器还具有极低的散斑噪声。

该研究将传统“激光+光学”架构压缩为单层纳米光子结构，并首次在全息领域消除散斑噪声而不影响图像质量。这一突破有望重新定义相干光源的生成与应用方式，其物理概念和技术方案可在未来进一步扩展至其他纳米光子器件。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09275-6