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按照耦入耦出器件的不同，光波導(dǎo)可分為幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)，其中幾何光波導(dǎo)以陣列光波導(dǎo)為主導(dǎo)，衍射光波導(dǎo)又 分為表面浮雕光柵光波導(dǎo)（SRG）和體全息光波導(dǎo)（VHG）。

1.陣列光波導(dǎo)：成像效果優(yōu)秀，量產(chǎn)難度較大

陣列光波導(dǎo)：成像效果優(yōu)秀，二維擴(kuò)瞳解決了光機(jī)體積與視場(chǎng)角、EyeBox的矛盾。  一維擴(kuò)瞳：光線通過(guò)反射鏡耦入波導(dǎo)片，在波導(dǎo)片中經(jīng)過(guò)多輪全反射后到達(dá)半透半反鏡面，部分光線反射耦出進(jìn)入人眼， 未耦出光線透過(guò)鏡面到達(dá)下個(gè)鏡面，重復(fù)反射/透射過(guò)程，直至最后一個(gè)鏡面將剩余光線全部耦出到人眼。一維擴(kuò)瞳陣列光 波導(dǎo)能將EyeBox從4mm擴(kuò)大到10mm+，且雜散光少，光線調(diào)制均勻，成像質(zhì)量、色彩以及對(duì)比度水平較高。

 二維擴(kuò)瞳：在兩個(gè)區(qū)域分別設(shè)置反射陣列，第一個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)一個(gè)方向的擴(kuò)瞳，同時(shí)將光束傳導(dǎo)至第二個(gè)區(qū)域，進(jìn)行另一個(gè) 方向的擴(kuò)瞳，可以是縱向→橫向擴(kuò)瞳，也可以是橫向→縱向擴(kuò)瞳。二維擴(kuò)瞳陣列光波導(dǎo)解決了光機(jī)體積與視場(chǎng)角、EyeBox 的核心矛盾，能夠有效增加EyeBox和視場(chǎng)角（可達(dá)50%+），顯著減小光機(jī)體積，更好地滿足消費(fèi)級(jí)用戶對(duì)AR眼鏡的形態(tài) 體積以及成像效果的要求。

 優(yōu)勢(shì)總結(jié)：陣列光波導(dǎo)除了擁有光波導(dǎo)共有的輕薄化優(yōu)勢(shì)外，相比于已量產(chǎn)的表面浮雕光柵衍射光波導(dǎo)，其成像效果更為 優(yōu)秀（雜散光少/色彩均勻/EyeBox&視場(chǎng)角較大/分辨率高），幾乎無(wú)漏光問(wèn)題（1%-5%），且光損較低，可以減小光機(jī)功耗 增加續(xù)航。

核心問(wèn)題：量產(chǎn)難度大，明暗條紋影響美觀。 量產(chǎn)難度大：陣列波導(dǎo)制作涉及鏡面鍍膜、貼合、切割等流程，陣列鏡面膜層多達(dá)幾十層且每個(gè)鏡面反射/透射比不同，需 要鍍不同層數(shù)的膜，貼合合時(shí)多鏡面間平行度要求極高，總良率難以保證，此外，貼合后的切割角度也會(huì)影響成像質(zhì)量。 若采用二維擴(kuò)瞳技術(shù)，量產(chǎn)難度進(jìn)一步提升，理論上量產(chǎn)成本比一維擴(kuò)瞳高4-5倍。 ? 明暗條紋：半透半反鏡面陣列天然存在明暗條紋，影響美觀。

 技術(shù)升級(jí)關(guān)鍵： 1）鍵合技術(shù)升級(jí)：分子鍵合技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠水貼合，即利用分子間范德華力使鏡片緊密平整地貼合，加強(qiáng)鍵合強(qiáng)度、 提升貼合面平整度，且不受膠水折射率影響，由于貼合玻璃片數(shù)量較多、精度要求較高，實(shí)際工藝流程中仍有較大難度。 2）鍍膜、鍵合等核心環(huán)節(jié)自動(dòng)化設(shè)備的開發(fā)； 3）支持屈光度定制，代替外加近視鏡片的方案，更加輕薄化。

2.表面浮雕光波導(dǎo)：量產(chǎn)難度較低，彩虹效應(yīng)等問(wèn)題亟待解決

成像原理：  表面浮雕光柵（Surface Relief Grating，SRG）：具有周期性變化結(jié)構(gòu)/凹槽的光柵結(jié)構(gòu)，一般分為一維光柵（矩形光柵/傾斜 光柵/閃耀光柵等）和二維光柵（柱狀光柵等）。  衍射原理：光束入射光柵后會(huì)被分束為多個(gè)不同方向的衍射級(jí)次，通過(guò)調(diào)節(jié)光柵周期/占空比/深度等參數(shù)優(yōu)化衍射效率，能 使得某個(gè)方向的衍射光束具有最高衍射效率（通常選擇非0衍射級(jí)次作為工作級(jí)次），實(shí)現(xiàn)光束定向傳輸。 ? 表面浮雕光波導(dǎo)原理：基于上述衍射原理，通過(guò)表面浮雕光柵耦入波導(dǎo)片，在波導(dǎo)片中全反射后通過(guò)表面浮雕光柵耦出進(jìn) 入人眼，實(shí)現(xiàn)一維擴(kuò)瞳，二維擴(kuò)瞳一般通過(guò)轉(zhuǎn)折光柵或二維光柵實(shí)現(xiàn)。

衍射光波導(dǎo)二維擴(kuò)瞳：  轉(zhuǎn)折光柵：轉(zhuǎn)折光柵二維擴(kuò)瞳I(xiàn)P主要由微軟和Vuzix持有，體全息光波導(dǎo)廠商Digilens也采用類似的轉(zhuǎn)折光柵技術(shù)，如左圖， 光束從入射光柵進(jìn)入轉(zhuǎn)折光柵，轉(zhuǎn)折光柵實(shí)現(xiàn)水平擴(kuò)瞳的同時(shí)將光束反射進(jìn)入出射光柵，最終由出射光柵完成垂直擴(kuò)瞳和 耦出過(guò)程。 二維光柵：以WaveOptics柱狀光柵擴(kuò)瞳為例，光束通過(guò)入射光柵進(jìn)入波導(dǎo)片后，通過(guò)出射光柵（二維光柵）實(shí)現(xiàn)多方向的 擴(kuò)束以及光束的耦出。二維光柵設(shè)計(jì)難度非常高，需要控制耦出光線的均勻性，相比于轉(zhuǎn)折光柵，二維光柵擴(kuò)瞳減少了光 損耗，增大了出射光柵面積，有效擴(kuò)大EyeBox范圍。

表面浮雕光波導(dǎo)量產(chǎn)難度較低： 1）母版制備：基于半導(dǎo)體加工工藝，旋涂抗蝕劑層—干涉/電子束曝光—反應(yīng)離子刻蝕—去除抗蝕劑層。 2）批量生產(chǎn)：一般采用紫外線納米壓印光刻法批量生產(chǎn)，母版—步進(jìn)母版—旋涂壓印膠—結(jié)構(gòu)壓印—紫外線曝光固化—功 能性圖層覆蓋波導(dǎo)—激光切割。

 前沿工藝：  殘膠層控制：納米壓印過(guò)程中往往會(huì)留下殘膠層，而殘膠層對(duì)光學(xué)性能有影響，因此需要盡量減小甚至去除殘膠層，2023年 Digilens發(fā)布的SRG+工藝能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)殘膠層的SRG結(jié)構(gòu)。  納米壓印+刻蝕（NIL+Etching）：將低折射率樹脂作為后期干法刻蝕的可犧牲層，納米壓印后用干法刻蝕將殘膠層刻透并刻 蝕至下方玻璃層，再將樹脂納米壓印膠去除。這種工藝的光柵折射率RI可達(dá)2.0以上，可靠性更高，但工藝難度和成本都更高。

 材質(zhì)：樹脂vs玻璃。樹脂密度僅為玻璃的1/4-1/3，且具備抗摔等特性，23年魅族、努比亞等AR眼鏡均采用樹脂SRG光波導(dǎo)。 樹脂的缺陷在于折射率低，樹脂折射率普遍為1.74，而玻璃材質(zhì)可達(dá)2.0，影響fov和色彩均勻性。從成本角度，樹脂成本理論 上較玻璃低，但由于目前良率較低，成本優(yōu)勢(shì)并不明顯。

3.體全息光波導(dǎo)：理論優(yōu)勢(shì)明顯，材料&工藝要求高

體全息光柵（Volume Holographic Grating，VHG）：通過(guò)雙光束全息曝光技術(shù)在介質(zhì)中形成干涉條紋，從而獲得折射率周期 性變化的光柵結(jié)構(gòu)，當(dāng)介質(zhì)的厚度遠(yuǎn)大于光波長(zhǎng)時(shí)這種結(jié)構(gòu)稱為體全息光柵。體全息光波導(dǎo)基于衍射原理，將體全息光柵作 為光線耦入和耦出的器件。體全息光波導(dǎo)包括反射式和透射式，其中反射式方案應(yīng)用更多。  全彩-體全息波導(dǎo)：使用三色激光器同時(shí)加工，或采用多層波導(dǎo)片方案分離RGB光路，提升色彩均勻性。  二維擴(kuò)瞳：與SRG光波導(dǎo)類似，分為轉(zhuǎn)折光柵和二維矢量?jī)蓚€(gè)路徑。

 相比于表面浮雕光波導(dǎo)，體全息光波導(dǎo)理論優(yōu)勢(shì)明顯：1）衍射效率更高：理論上在滿足布拉格條件時(shí)，體全息光柵衍射效 率可達(dá)100%；2）成像更優(yōu)：由于體全息本身的角度選擇性和波長(zhǎng)選擇性，不存在漏光問(wèn)題，可通過(guò)光機(jī)和光柵設(shè)計(jì)優(yōu)化大 幅減弱彩虹效應(yīng)；3）可能打破視場(chǎng)角限制：采用特殊全息材料可打破波導(dǎo)基體折射率帶來(lái)的視場(chǎng)角限制；4）量產(chǎn)成本低： 無(wú)需投資SRG納米壓印方案中制作母版的機(jī)器和母版制作的成本，在復(fù)用性和降本上有明顯優(yōu)勢(shì)。

體全息光波導(dǎo)制造：  將感光膠涂布在玻璃/樹脂基底上曝光制造，或在膜片上制造成全息光柵后復(fù)合或轉(zhuǎn)移到玻璃/樹脂波導(dǎo)上。  索尼卷對(duì)卷工藝：1）雙束干涉曝光法在光敏聚合物薄膜上形成體全息圖案；2）通過(guò)注射成型獲得塑料波導(dǎo)；3）體全息薄 膜與塑料波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)貼合后切割成指定圖案；4）配色，將紅、藍(lán)波導(dǎo)和綠色波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)并用UV樹脂封裝固定。  Digilens波導(dǎo)印刷工藝：核心是超高折射率全息光聚合物（光聚合物+液晶），工藝分為母版制作和波導(dǎo)印刷，靈活性高，可 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模板設(shè)計(jì)。

量產(chǎn)難點(diǎn)：體全息光柵是基于材料特性而開發(fā)的制程工藝，因此核心難點(diǎn)在于全息材料的選擇和制備，材料將直接影響全息 涂層均勻性和波導(dǎo)Fov等光學(xué)性能。此外，實(shí)際量產(chǎn)時(shí)曝光/生產(chǎn)的環(huán)境穩(wěn)定性要求非常嚴(yán)格，濕度/溫度/流通性都會(huì)影響效果。  主要玩家：海外代表公司包括索尼、Digilens、Akonia（蘋果收購(gòu)），國(guó)內(nèi)包括水晶光電、谷東科技、三極光電等。