7月4日，慕德微纳杜总在艾邦举办的第六届AR产业发展论坛上进行了题为《SiC and AR，New Chance for Each Other》的主题演讲，以下为主要内容：
Google Glass真正将AR眼镜带入消费者视野，过去十几年，AR眼镜上的光学方案有棱镜、Birdbath、衍射光波导、阵列光波导、全息光波导等，直到2024年，MicroLED+衍射光波导将成为消费级AR眼镜终极解决方案成为行业共识。
2024年Meta Orion 发布，为行业提供了一个 70°视场角的AR眼镜光波导解决方案，为行业描绘了AR眼镜未来几年的一个发展方向——碳化硅AR光波导。碳化硅为AR眼镜提供了一个更大的设计和发展的空间。但实际上 AR 还处于起步的阶段，相当于手机时代的大哥大。
左图为小米智能眼镜，不带显示功能；右图为Meta Orion，是70°FOV全彩AR眼镜。
碳化硅在衍射光波导上的应用
衍射光波导的基本的原理是光通过镜腿上的投影光机，投射到光波导的耦入光栅上，经过光栅的衍射传输到耦出光栅，再进入人眼。然而，通过单片光波导来实现全彩显示会面临色散的问题，它能够支持的FOV也会受到一定的限制。通过多片光波导可以一定程度上扩大AR眼镜的FOV，但会引来一个重要的问题，即重量问题，如Hololens。
图源：慕德微纳
Hololens采用了三片波导来实现全彩，它更像一个大而全的“航空母舰”型的AR 产品，比较笨重。一直到2021年-2022年，部分行业人员表示单绿的波导是不是已经没有什么意义了？因为没人买，但直到这两年，不带显示的AI智能眼镜成了最热门的卖得最好的产品，然后慢慢地开始带单绿显示，再到全彩显示。我们发现AR眼镜产品的整发展的路径是在往前回归的，其中很重要的一个原因就是就是AR眼镜必须首先是眼镜，要足够的轻薄，所以通过单片光波导去实现显示功能是很有必要的。
目前来讲AR全彩显示还面临一些难题，包括重量、彩虹纹、视场角以及整机的发热和散热问题。高纯碳化硅为解决上述问题提供了一个新的材料基础，也称为光学级碳化硅。
● 碳化硅的优势包括它在整个可见光波段是透明的；
● 还具有非常高的热导率，与铜接近；
● 碳化硅的折射率还是目前所有的块状材料中折射率最高的，蓝光折射率可达2.7 以上，红光可达 2.65 左右；
● 碳化硅的硬度也非常高，意味着它具有非常好的可靠性；
● 碳化硅还有非常低的密度可以支持更轻的重量。
慕德微纳碳化硅光波导解决方案的优势
1. 轻量化。采用纳米压印工艺的光波导要实现30度以上的全彩显示的时候，往往需要用到两片或者三片高折玻璃来实现，单片波导的重量为10 ~ 20 克，那么两片就需要20 ~ 30 克。碳化硅依托其高折射率的特点，在表面涂覆一层低折射率的保护层后仍然可以凭借单片镜片实现大的视场角，镜片厚度为0.5-0.7 mm，重量为2-4克。慕德微纳开发的碳化硅光波导镜片为2.7克，厚度只有 0.55 毫米。
2. 低彩虹纹。彩虹纹非常影响AR眼镜的佩戴舒适度，尤其是在室外的时候，开车骑行时还会影响安全性。彩虹纹产生的原因是外界的灯光照到光栅区域时也会发生衍射，因为光栅本身的色散问题会在人眼处形成彩虹纹。消除它的办法一个是通过降低光波导的效率，当效率足够低时，彩虹纹就可以弱到看不清楚；一个是调整光栅的位置，比如调整至人眼上方，让光栅不直接进入人眼；还可通过调整光栅周期来降低彩虹纹，当光栅周期比较大的时候，彩虹纹也会比较严重，缩小周期后，也能减少彩虹纹。碳化硅拥有2.6-2.7的折射率，在实现全彩显示的时候，它可以支持260-270的纳米周期，刚好可以将彩虹纹衍射到人眼范围以外。
3. 散热效率高。AR 眼镜采用全彩Micro LED时，由于红光效率较低，所以产热比较严重，摄像头也是发热大户，还有CPU发热，然而散热面积只有眼镜前框和镜腿前面小部分地方。慕德微纳里有个碳化硅镜片热导率高的优势，把镜片作为一个散热元件，和发热单元进行连接，通过镜片表面的设计，实现在可见光通过率接近 99% 的情况下，红外辐射率达90%左右，而且是单方向的，朝外辐射率高，朝内辐射率低，提升整体的散热效果，而且不会影响佩戴体验。
图源：慕德微纳
慕德微纳利用单绿色Micro LED光机分别连接普通光波导镜片和碳化硅镜片，进行长时间点亮，温度平衡测试后发现两者之间有30°的温度差，表明碳化硅镜片散热效果显著。
碳化硅光波导镜片加工过程中的挑战及解决方案
碳化硅用作光波导镜片主要有三方面的挑战：漏光和制造成本，以及是否有希望实现大规模的量产。
从漏光角度来看，Meta Orion采用的是倾斜光栅，从耦入到耦出都是倾斜光栅。倾斜光栅可以把更多的光集中在一个方向上，提高光衍射效率，同时降低漏光。倾斜光栅是在IBE（离子束刻蚀或反应离子束刻蚀）过程中，给晶圆和离子源施加一定的角度，从而形成倾斜的光栅。
加工过程中会涉及到几个问题：一个是均匀性问题，一个是在大角度的倾斜情况下怎样实现好的形貌，还有一个很重要的点是制作倾斜光栅所用的 RIBE设备产能问题，一台RIBE每小时通常可以刻蚀3片晶圆，如果需要做100万套眼镜的话，需要 1, 000 台 的RIBE设备，假设一台设备1, 000万，100 亿的成几乎是不可行的。
慕德微纳给出的解决方案是闪耀光栅。闪耀光栅可以实现类似的效果，且效率是接近的。慕德微纳采用纳米压印和ICP来配合制作闪耀光栅，压印成本相对较低，ICP的刻蚀工艺相对来说也比较成熟，与RIBE设备相比成本较低。在漏光方面，闪耀光栅相对来说也有更好的表现，可以有效地解决Eyeglow或Leakage 相关的问题。
AR眼镜耦出光栅出光的时候应该是均匀的，以保证整个画面的均匀性。光线从耦入到出中间会出现光线的损耗，要保证出光的均匀性，意味着光效需要不断增加，这个时候就涉及到一个深度的一个变化。以往会采用深度分区的方案，但分区纹路会导致外观会效果比较差，慕德微纳在刻蚀光波导时采用渐变工艺，改善外观。
碳化硅为AR光波导波导的设计和未来的潜力提供了非常大的空间，但还需要很长的路要走，包括材料本身，光机的配合以及生态等。慕德微纳在工艺技术以及高性能波导的大规模量产上已经做好了准备，随着市场的扩大也将逐步提升碳化硅光波导的产能。
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