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原文標題：“Metasurface-enhanced light detection and ranging technology”

第一作者：Renato Juliano Martins

通訊作者：Patrice Genevet

激光雷達（LiDAR）相關背景

激光雷達如今受到廣泛關注，這與近年來智能駕駛的快速發展密切相關。其概念最早誕生于上世紀 60 年代，當時麻省理工學院的科學家向月球表面發射光輻射時探測到回波信號。激光雷達的探測原理豐富，既有 ToF 這種較為直接的方式，也包括調幅、調頻連續波（AMCW、FMCW）等相對復雜的類型。若將其看作一個視覺系統，擁有寬廣的視野（大視場角 FOV）和快速的感知能力（高成像速度）是其理想的性能表現。

超表面在激光雷達中的應用及局限

超表面可通過表面的微納結構實現對光線的調控。理論上，若將光學特性可調的材料設計成超表面單元，并配合控制電路，能夠實現激光雷達系統所需的光學掃描功能。但由于現有工藝能力和效率的限制，這種設計方法存在一定局限性。

文章提出的創新方案

在本次研讀的文章中，作者提出了一種創新設計：將一塊超表面與 AOD（聲光偏轉器，acousto-optic deflector）進行級聯。通過這種方式，光被投射到超表面的不同區域，進而導向空間特定位置。該設計既利用了 AOD 掃描速度快的優勢，又借助超表面實現了 150°×150° 的大視場角。

系統結構說明

這套系統的結構如圖 1 所示。AOD 可實現 2° 視場角的掃描，搭配一塊特殊設計的超表面后，投射到超表面不同位置的光線會產生不同角度的偏轉，從而使系統獲得 150°×150° 的大視場角。當光照射物體產生回波后，通過透鏡和探測器收集回波，以此實現三維成像。

圖1 超表面加持的激光雷達系統

圖2 一維TOF成像測試效果

系統測試結果

圖 2 展示了一維 TOF 成像效果，測試場景為桌子上的三個移動物體。從成像結果和探測到的脈沖數據可知，該系統能夠感知這三個物體的位置。

圖 3 呈現了三維廣角成像測試結果，在該場景中，身穿反光服人員在不同位置的動作被系統準確探測到。

圖3 三維廣角成像測試

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