AR眼镜在真实环境中叠加数字信息，AR眼镜通过半透明镜片或光波导衍射技术，将虚拟内容叠加到现实视野中，确保用户同时感知真实环境与数字信息。其光学结构复杂，需平衡透光性与显示效果，例如离轴反射方案成本低但体积大，光波导方案则更轻薄。
AR波导镜片加工制造是基于晶圆键合技术制造的AR/VR波导镜片的核心层状结构,三层结构包括波导层、胶水层、碳化硅/UTG玻璃衬底是实现光波导功能的关键。
AR波导镜片三层结构的分工如下：
波导层
功能：这是镜片的“核心功能区”。光在这一层里以全反射的形式传播。它上面还通过纳米级工艺集成了光栅耦合器——这些微结构负责将光从投影引擎“耦合”进波导层，并在传播一段距离后，再次“耦合”出去，射入人眼。
材料：通常是氮化硅 或二氧化钛。选择这些材料是因为它们折射率高，能与周围层形成足够的折射率差，从而高效地束缚住光线。您提到的碳化硅在某些特定设计中也可能作为波导层，因为它具有很高的折射率和优异的非线性特性，但加工难度也更大。
胶水层
功能：这层胶水不是普通的胶水，而是一种精密的光学胶。它的主要作用是键合。它需要将波导层和碳化硅衬底永久、牢固地粘合在一起，同时不能引入气泡、杂质或过大的应力。此外，它的折射率通常需要低于波导层，以确保光被限制在波导层内传播，而不会泄漏到胶水层和衬底中去。
工艺：这通常通过旋涂的方式，将液态的光学胶均匀地涂在其中一个晶圆上，然后在真空环境下将两个晶圆对准、压合，最后通过紫外线照射或加热使其固化。
碳化硅/UTG玻璃衬底
功能：这是镜片的“机械骨架”和“光学窗口”,只起到坚固的窗口和支撑板作用。光穿过它，但并不在它内部进行全反射传播。
它的主要作用是：
机械支撑：碳化硅极其坚硬和坚固，为脆弱的波导层纳米结构提供坚实的物理支撑，保证镜片的耐用性和形状稳定性。
光学透明：在AR系统使用的可见光波段，碳化硅是透明的，允许光线无障碍地穿过它进入人眼，同时也能让真实世界的光线透过。
热管理：碳化硅是优良的导热体，有助于散发微型投影引擎等部件产生的热量。
但在当前主流的、尤其是追求商业化的AR产品中，厂家更倾向于采用：
用UTG做衬底（为了轻薄、低成本），用氮化硅等专业光学材料做波导层（为了低损耗、易加工）。而碳化硅，则因为它极佳的坚固性，目前主要扮演着 “顶级衬底” 的角色，而不是 “波导功能层” 。
用UTG（超薄玻璃）来替代碳化硅作为衬底，是许多消费级AR产品，尤其是AR眼镜所采用的方案。
AR波导镜片三层结构的厚度检测
三层结构厚度的精密管控是决定AR镜片良率和性能的核心之一,而基于OCT光谱层析测厚仪技术，无疑是实现这一测量的最佳甚至可称为“终极”方案之一
1、为什么三层厚度管控如此关键？
在AR波导镜片的三层结构中，每一层的厚度都直接影响着最终的光学性能和成像质量：
波导层厚度：
直接影响光模态。 波导层的厚度决定了光在其中传播的“模式”数量。厚度偏差会导致：
模式数量变化： 设计的是单模波导，但厚度超标后变成多模，引起图像模糊、重影。
有效折射率变化： 改变光的传播常数，导致最终出瞳处的光栅耦合角度发生偏差，使得图像无法正确进入人眼，或出现色散。
影响耦合效率。 光栅的耦合效率与波导厚度密切相关。
胶水层厚度：
影响层间光学耦合。 胶水层太厚，可能导致光在层间发生不必要的串扰或泄漏，增加光损耗。
引入应力与形变。 胶水层厚度和均匀性直接影响固化应力的分布。不均匀的应力会使脆弱的波导层（尤其是上面的纳米光栅）发生微形变，导致像差。
决定结构稳定性。 过薄可能导致键合强度不足；过厚可能降低整体结构的机械稳定性。
衬底（碳化硅或UTG）厚度：
影响镜片总重和形变。 尤其是对于UTG，厚度是重量的主要来源，必须精确控制以实现轻量化。
产生光学像差。 衬底作为光线通过的“窗口”，其厚度和不平行度会像棱镜一样，引入像散、球差等几何像差，影响成像清晰度。
与机械结构匹配。 厚度必须与镜框的卡槽等结构精密匹配。
因此，任何一层的厚度失控，都可能导致整个镜片无法呈现清晰、准确、明亮的图像，直接沦为废品。
2.AR镜片测量难点主要在于波导层折射率是2.1,有的SiC折射率2.6或者更高,高折射率确实会给光学厚度测量带来显著挑战，但并非“无法测量”，而是改变了测量背后的物理机制并提高了对测量系统的要求，高折射率带来的挑战（为什么更难测？）
1>.极高的菲涅尔反射
根据菲涅尔方程，当光从空气（n≈1）垂直入射到波导层（n=2.1）时，其表面反射率高达 ~13%！这比从空气到玻璃（n=1.5，反射率4%）强得多。
后果：如此强烈的表面反射会“淹没”OCT系统的探测器，并产生两个问题：
动态范围问题：强烈的表面反射信号可能掩盖了来自下层（如波导/胶水界面）的微弱信号。
多重反射伪影：表面反射光会在系统内部和样品内部来回反射，在OCT图像上形成虚假的“鬼影”，干扰对真实界面的判断。
2>.更短的内部光学路径
光在介质中的光学路径长度 = 物理厚度 × 折射率。
对于给定的物理厚度，折射率越高，其光学厚度就越大。但反过来，为了准确计算物理厚度，我们必须知道精确的折射率。公式为：物理厚度 = 光学厚度 / 折射率。
后果：如果折射率值 n 存在 不确定性，那么计算出的物理厚度误差会被放大 n 倍。对于一个 n=2.1 的材料，折射率1%的测量误差会导致厚度近2%的测量误差。
3>.与相邻层更低的折射率对比度
正如我们之前讨论的，基于OCT光谱层析测厚仪的依赖界面反射。如果波导层 (n=2.1) 和衬底或包层 (例如，n=1.5~1.6) 之间的折射率差很大，这有利于顶层界面的测量。
但是，如果它和胶水层的折射率接近（比如胶水n=1.8），那么它们之间的界面信号就会很弱，这与您之前的观察一致。高折射率本身不直接导致这个问题，但它限制了胶水材料的选择范围，从而间接加剧了这个问题。
3、为什么OCT光谱层析测厚仪是测量此三层结构的最佳选择？
传统的测量方法（如椭圆仪、台阶仪、光谱反射计）在面对这种多层透明结构时，存在明显短板：
椭圆仪/光谱反射计： 更适合测量单层或已知层数的薄膜，对于三层复杂结构，模型拟合非常困难，精度下降。
台阶仪/轮廓仪： 是接触式测量，会划伤样品，且只能测量暴露在表面的台阶高度，无法测量被夹在中间的胶水层和波导层厚度。
切片+SEM： 是破坏性的，只能用于抽样分析，无法用于全检。
而OCT光谱层析测厚仪技术则完美地解决了这些问题，其优势如下：
无损、非接触
完全不会对精密的镜片表面和内部结构造成任何损伤或污染，适合对成品和半成品进行100%全检。
“透视”能力，可同时测量三层厚度
OCT光谱层析测厚仪基于低相干干涉原理，可以精确地定位每一层界面的深度信息。一次扫描就能直接得到衬底上表面 -> 衬底/胶水界面 -> 胶水/波导界面 -> 波导上表面的深度数据，从而同时、直接地计算出三层的厚度，无需复杂的模型反演。
高精度与高分辨率
现代商用OCT光谱层析测厚仪的轴向分辨率可以达到微米甚至亚微米级，完全满足AR镜片厚度管控的精度要求（通常要求在±1μm以内）。
快速与全场成像
OCT光谱层析测厚仪可以进行二维B-Scan和三维C-Scan，不仅能给出一个点的厚度，还能生成整个区域的厚度分布云图。这对于评估胶水涂布的均匀性、衬底的平整度至关重要，能直观地发现是否存在凹陷、气泡或边缘效应。
易于集成自动化
OCT光谱层析测厚仪可以轻松集成到自动化生产线中，实现在线、实时的厚度测量和反馈控制，这对于提高生产良率和效率是革命性的。
来源：蓝海精密
