光栅波导

增强现实技术

光栅波导（又称全息波导、衍射波导）是一种光学透视型近眼显示技术，主要应用于增强现实（AR）领域，该技术摒弃了自由曲面、离轴反射、棱镜、阵列波导等传统近眼显示光学系统厚重的光学结构，通过光栅衍射和光波导原理对光束进行偏折、传导和扩展，实现了超薄镜片（小于2mm）和超大画面（大于40度）的图像近眼显示，该技术在国内由北京枭龙科技有限公司率先提出并已实现批量制备。

定义

光栅波导是一种将物理光学与几何光学相结合的新型光学透视型增强现实（AR）近眼显示技术，这种技术将纳米光栅结构制作到透明光学镜片上，利用纳米光栅结构对光的衍射作用实现光束的偏折，利用光束在透明光学镜片中的光波导原理实现光束传导和扩展。这种技术可以将图像、视频等虚拟信息舒适的呈现在眼前，同时使光学系统像普通眼镜一样轻薄轻便和透明。

原理

光栅波导技术的主要光学原理为：（1）光波导原理，透明光学镜片具有两个光学表面，当光束在镜片内部传导并满足镜片的全反射条件时，可以在光学表面发生全反射，镜片两个光学表面的全反射效应会使得光束被束缚在镜片内部沿一定方向传导。（2）光栅衍射原理，周期性的光栅结构能够使不同波长的光在穿过它们时产生相应的规律性的传播方向的改变。

光栅波导系统主要由微投影系统与光栅波导镜片组成，微投影系统是图像信息产生装置，负责生成虚拟图像信息并将其调制成准直光束。常见的光栅波导微投影系统主要有DLP、LCOS、Micro LED、MEMS等几种类型。光栅波导镜片是光栅波导系统的核心元件，它负责将微投影系统投射的虚拟图像信息经过传导、扩展之后舒适的呈现在人眼前，并保证人眼能透过镜片正常观察外界实景。

程序特点

与棱镜、离轴光学、自由曲面、阵列波导等光学系统不同，光栅波导技术提供了一条全新的途径以减小AR眼镜的体积和重量，在保证良好的视场角和较大的出瞳直径的同时使观察者看到清晰的现实世界。

光栅波导技术可以使AR眼镜镜片像普通眼镜镜片一样轻薄，使AR眼镜像普通眼镜一样轻便美观。由于采用了光波导原理和光栅衍射原理，光栅波导技术具有大视场角、大出瞳直径、高透光性的优点，从而使AR眼镜具有极佳的增强现实沉浸感和佩戴舒适性。

另外，光栅波导还具有量产成本低的优点，由于它可以采用快速复制工艺进行高质量快速批量生产，因此可以极大的降低AR眼镜的成本，便于AR眼镜在日常生活中普及。

技术路径

按光栅类型的不同主要分为全息光栅波导（VHG）和表面浮雕光栅波导（SRG）两种。全息光栅波导中的光栅为全息体光栅，主要采用干涉光刻的加工工艺进行制备；表面浮雕光栅波导中的光栅为表面浮雕光栅，主要采用纳米压印的加工工艺进行制备。

工艺

光栅波导加工工艺主要分为两种：干涉光刻工艺和纳米压印工艺。

干涉光刻工艺是将光刻胶均匀涂覆到波导基片上，然后采用光刻机或激光干涉平台对光刻胶曝光，使其成为全息体光栅，经过定影处理后便完成了光栅波导的加工。采用这种加工工艺的光栅波导称为全息光栅波导。

纳米压印工艺是将压印胶均匀涂覆到波导基片上，以表面制作有光栅结构的压印模板为母版，采用纳米压印设备将压印模板上的表面浮雕光栅结构复制到波导基片表面的压印胶上，经过曝光、脱模等环节后，便完成了光栅波导的制备。采用这种加工工艺的光栅波导称为表面浮雕光栅波导。

应用

光栅波导技术主要应用于AR眼镜中，基于光栅波导技术的AR眼镜具有镜片轻薄、轻便的优点，可以同普通眼镜一样美观、时尚，同时它可以呈现丰富多彩的高质量、大视场虚拟图像，带给我们极佳的增强现实沉浸体验，因此可以成为像普通眼镜一样的可穿戴设备进入我们的日常生活，替代流行的电子通讯设备和日常显示设备，在娱乐、社交等日常生活的多个方面带来巨大的变革。基于光栅波导技术的AR眼镜还可以在远程通讯、人工智能、CAD、图形仿真、虚拟通讯、遥感、教育、模拟训练、军事等许多领域带来革命性变化。

国际研发进展

微软、Magic Leap等AR企业在该领域已发布相关产品并实现初步应用。

国内研发进展

国内在光栅波导领域研发投入较早，已形成一定的技术积累与研究成果。其中，北京枭龙科技有限公司在波导结构设计、模板制作、纳米压印等物理光学设计和微纳制造工艺方面都已取得突破性进展。成功研发光栅波导显示光学芯片，视场角达40°以上，厚度仅1.5mm，重量6g，视场角、eyebox、亮度等光学技术指标与显示效果已达到国际领先水平，在国内率先实现该技术攻克与批量制备，打破国外技术垄断。在光栅波导领域，枭龙科技已累计授权核心专利30余项。作为牵头单位承担科技部“国家重点研发计划”专项与“北京市重点研发计划”专项，使我国在近眼显示技术领域实现了新的突破。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省