推开通往元宇宙之门，耐德佳研发两款全息光波导产品

年初，被誉为“元宇宙第一股”的Roblox，上市首日股价暴涨54%，市值超过380亿美元，直接引爆元宇宙概念。时至今日，元宇宙概念更加火热，已成为全社会讨论的现象级话题。国内外科技巨头争相布局，以期抢夺先机。

各行各业都在热议元宇宙，并就如何实现元宇宙宏图推出了各自的战略。那么，如何才能推开元宇宙的大门？头戴显示技术被认为是元宇宙基础设施的重要入口。

经过多年发展，VR的软硬件生态及体验已逐步完善趋向成熟，消费级VR设备出货量今年已接近千万级，而明年则有可能达到两千万级；而AR发展则才刚刚步入快车道，主要是因为消费级AR设备的技术实现难度更高，为了解决难题，有多种方案并存，如棱镜、自由曲面、阵列光波导、浮雕光栅光波导、全息光波导等。AR光学技术也在不断寻求突破，其中全息光波导由于可实现大视场角、高透过率、大出瞳直径、轻薄化、量产成本可控等优势，被认为是未来AR设备真正走向消费级的高性价比方案之一。

苹果公司早在2018年就收购了美国全息光波导创企Akonia Holographics，未来，苹果的消费级AR眼镜极大可能采用全息光波导技术，这无疑是一个风向标；同时，全息光波导也获得了产业巨头及资本的青睐，11月4日，美国全息光波导创企 DigiLens宣布已完成D轮第一阶段融资，估值超5亿美元。

经过多年发展与迭代， 目前AR眼镜的光学解决方案如下图所示，主要分为宏观光学方案、微光学方案和纳米光学方案三大类。

• 宏观光学解决方案包括传统光学、自由曲面和几何光波导解决方案，主要基于斯涅尔折反射定律；
• 微光学解决方案包括SRG、VHG和PVG衍射光栅解决方案，主要基于光栅的衍射效应；
• 纳米光学解决方案包括超透镜和超表面反射器解决方案，主要基于纳米微结构的相位调制。

AR眼镜光学解决方案分类

目前，行业内已经或准备应用的光学方案主要有：自由曲面、几何阵列光波导、浮雕光栅光波导、全息光波导。自由曲面是如今AR眼镜中比较主流和代表性的技术方案，在显示效果、可量产性、性价比和加工工艺上等评价维度上均已实现相对最优，相关研发技术难点已经被攻克，将在3-5年内得到广泛的应用。光波导中的三类产品方向——几何阵列光波导、浮雕光栅光波导、全息光波导分别有各自的特点与技术难点。

其中，几何阵列光波导由于技术发展相对较早，目前国内外已有多家公司推出相关产品，其中最具代表的是以色列的Lumus公司。今年5月，近眼显示光学专家卡尔·古塔格在KGonTech上发表了一篇评测文章，他将Lumus最新的Maximus AR眼镜原型机（二维扩瞳阵列光波导）与微软HoloLens2（浮雕光栅光波导）作了对比分析，结论认为单从显示效果上看，Maximus比HoloLens2有明显的优势。

而浮雕光栅光波导总体来看，优缺点基本类似，目前主要瓶颈在于对加工工艺要求较高，需要使用纳米压印机等专用设备。优点是，透视方向视场角大、透过率高、出瞳直径大、轻薄化；缺点是色差、杂光、漏光较严重，亮度和色彩均匀性较差；量产价格适中，制造成本比几何光波导低，这或许是微软HoloLens选用浮雕光栅光波导技术的原因之一。但浮雕光栅光波导由于前端光刻母版工艺和制造设备需要，加工成本还是相对很高。

全息光波导与其曝光制备光路

综上述所，总结对比下几大光学方案的两项核心指标，从显示效果上看，自由曲面＞几何光波导＞全息光波导＞浮雕光栅光波导（＞表示优于）；从制造成本看，自由曲面＞全息光波导＞浮雕光删光波导＞几何光波导（＞表示优于）。

最后，从整体产业视角来看，不管是宏观光学中的几何阵列波导，还是微光学中的浮雕光栅光波导、全息光波导，未来如果想进一步发展和实现量产，还需要解决好以下几项挑战。

首先是要有好的基础材料，如开发全息光波导需要灵敏度高的全息材料（全息材料均匀涂抹在镜片上，形成微米级别厚度的涂层）；浮雕光栅光波导在纳米压印光栅结构时，需要高性能的光刻胶，以及高折射率的玻璃材料，实现更大的视场角。其次是技术和工艺问题，比如目前衍射光波导受加工工艺限制，难以制备高深宽比的光栅，尤其对于倾斜光栅制备，刻蚀难度大，这就需要在加工工艺上进一步突破，实现更高深宽比加工，同时保证纳米级加工精度要求；在纳米光栅压印过程中，需要压印工艺的提升保证压印光栅的复刻精度，以及避免压印光栅的坍塌。这些问题如果不解决，就会直接影响实际的成像质量及光效，这对厂商的制造工艺提出更高要求。

耐德佳推出两款全息光波导产品，对公司及行业来说都具有重要意义。公司层面，在自由曲面技术取得领先后，持续为行业提供有价值的产品，耐德佳开始在微纳光学技术领域进行技术攻坚，基于深厚的技术积累，耐德佳从全息材料、微光学设计方法、制造工艺取得了一系列新突破，占领技术制高点。行业层面，经过调研与测试，光波导技术方案中，从设计研发和生产成本上考虑，全息光波导更具竞争优势，更具量产性。目前来看，全息光波导比浮雕光栅光波导在研发生产投入上具有更好的性价比，相信未来在设计研发、光学器件材料、工艺制造等产业上下游各环节的共同努力及攻关下，随着技术和工艺的迭代和成熟，轻量级的消费级AR眼镜不再是远不可及的概念型产品，成为通往元宇宙重要基础设施。

文章来源：耐德佳