AR碳化硅波导减轻彩虹纹的原理

01 AR波导中的彩虹效应

碳化硅波导的引入，一定不只是为了FOV这一个指标。

在读完仇老师他们关于碳化硅波导的文章后，我找到了碳化硅的第二个重要价值点：减轻彩虹效应的理论依据。

这个点，也是Meta重点宣传的。

彩虹效应，顾名思义，就是环境的白光，透过AR波导后会看到偏色，比如偏蓝紫。

图片来源theverge：meta orion AR样机眼镜。

当然，你从不同的角度来看，偏色的主体颜色大概率还是不一样的。

彩虹效应的本质，就是波导上面的光栅，对入射白光，进行了分光。

将混在一起的各种颜色光，分了出来，这样人眼就看到了颜色。

分光现象，在微纳光学元件中，几乎一定是存在的。

因为微纳元件，是波长尺度级的，对波长，角度，偏振都敏感。

只要在微纳尺度，由于光的波动特性带来的衍射和干涉效应，都很容易呈现出彩虹色。

比如，肥皂泡泡，CD光碟，亮光下的手机屏幕反射光，超透镜，光栅器件，等。

图片来源wikipedia：肥皂泡中的薄膜干涉产生的彩虹效应。

图片来源wikboudewijnhuijgens：CD光盘中的微纳结构呈现彩虹效应。

从理论上，无法避免。

那碳化硅波导是如何减轻彩虹效应的呢？

一句话表述：碳化硅折射率足够大，光栅的周期可以设计的很小，而小的光栅周期，会让环境光的衍射角度很大，超出了人眼的观察范围。

简单来讲，碳化硅不是没有彩虹效应，而是让这种“彩虹光”，不要射到人眼，就算解决问题了。

02 碳化硅波导减轻彩虹效应的原理

那为什么常规折射率的基底，就不能用小的光栅周期呢？

上一篇文章，我们已经分析清楚了，基底折射率决定能支撑的FOV范围。

光栅给入射光施加的矢量，与波长成正比，与光栅周期成反比。

如果用小周期光栅，从光栅衍射的光就会跳的更远（衍射角度更大）。

对大角度入射的光，小周期光栅，会让衍射光跨的步子太大，直接跳出了波导K空间圆环，就无法在波导内存在，使得能支撑的FOV减小。

如果要单片实现全彩大FOV，光栅的周期不能太小。

碳化硅能够减轻彩虹效应，本质上，还是因为碳化硅折射率高，给了足够的设计空间。

在这个空间里面，我们设计人员有足够的腾挪余量，只要让“彩虹光”不进入到人眼，就相当于减轻了彩虹纹。

图片来源仇旻老师团队论文：碳化硅波导可以使用更小的光栅周期，使得大部分彩虹纹无法进入人眼，极大的降低了彩虹效应。个人感觉这个图有点小bug，但不影响结论：https://arxiv.org/abs/2409.14487。）

从设计者角度来说，我需要碳化硅。

但从系统角度来说，我们还是要平衡其他东西，比如刻蚀难易程度，成本等。

其实，所有的系统，都会存在这种问题。

系统设计自由度越大，优化变量越多，难度就越大，但效果就容易做的更好。

更能够找到一个全局的最优解。

但为了工程落地，又需要尽量的简单。

最终就是在各种变量间取得平衡，找到一个优雅的解决方案。

03 架构定型后的工程优化

当你做过几个领域，会发现，不同领域的底层逻辑都很相似。

比如，大模型早期的主流路径是增加神经网络的参数规模，从几十亿，到几百亿，到现在的千亿甚至万亿。

但规模做到一定程度，边际效应开始递减，光靠堆参数已经不够了。

于是，行业开始在架构、数据、计算效率等方向寻找突破。

比如架构上，DeepSeek的MoE（Mixture of Experts）让不同部分的网络在不同任务上发挥作用，提高计算效率；

数据上，从粗放抓取到精细筛选；

计算上，低比特量化减少计算负担，蒸馏提升小模型性能，稀疏激活减少冗余计算等；

多模态方向，让模型不仅能理解文本，还能看图、听声，甚至生成视频。

系统的优化，永远不是单一维度的极限推演，而是在多个变量之间找到最优的平衡。

大模型如此，碳化硅波导也是如此。

工程的东西，就是这么有趣，你永远都无法保证找到了一条最好的路径。

既需要小步快跑，快速迭代，也需要长期积累和底层突破。

在合适的自由度内快速试错，是比较有效的策略。

04 总结

碳化硅波导，通过设计小周期的光栅，增大环境光的衍射角度，使大部分“彩虹光”无法进入人眼。

这种方式，确实找到了一条非常简单有效的路径，来极大减轻彩虹纹效应。

那小周期光栅，是否会带来其他问题呢？

这，需要通过设计优化进行系统评估。

来源：AR洞察

艾邦建有AR/VR产业链微信群，目前有HTC、PICO、OPPO、亮亮视野、光粒科技、影创、创维、佳视、歌尔、立讯精密、多哚（纳立多）、欣旺达、耐德佳，联创电子、至格科技、灵犀微光、舜宇光学、广景视睿、珑璟光电、京东方、海信视像、科煦智能、阿科玛、金发科技、思立可、新安天玉、四方超轻、大族激光、发那科、承熹机电等加入，也欢迎大家长按下方图片识别二维码加入微信群：