追赶微软HoloLens、Magic Leap，鲲游国内首发量产型全息光栅AR光波导

3月20日，2019慕尼黑上海光博会、电子展在上海新国际博览中心同时开幕。作为亚洲激光、光学光电等领域的行业盛会，本次展会涵盖半导体、传感器技术、微纳米系统、无源元件及连接器等技术，吸引了全球超过1000家电子元器件、光电显示知名企业参与，全方位展示了光电子产业链的最新科技、最新品及解决方案。

光博会上OW7展馆，专注于晶圆级光芯片研发与应用的高科技企业——鲲游光电，正式国内首发量产型全息光栅AR光波导——逍遥系列，引发业界关注。

据了解，目前全球能够量产全息光栅AR光波导的公司仅有包括微软HoloLens、Magic Leap在内的少数几家，数量屈指可数。本次鲲游光电推出的逍遥系列--全息光栅AR光波导，不但在国内领先，同时也将使其成为国际上该领域产业发展的重要推动者。

近年来，继虚拟现实（VR）之后，增强现实（AR）被视为未来新的爆发产业。与VR相比，AR与现实更好的结合，造就了比之VR更广泛的应用场景。根据Digi-Capital、高盛等预测，到2020年全球AR市场规模预测达到近1000亿美元，AR产业空间巨大。

同样，业界普遍认为经过过去两年的孕育，2019年或将成为AR产业的爆发元年。Magic Leap One的惊鸿一瞥、上月刚刚发布的微软HoloLens 2等新品直接引爆了市场对于AR的新一轮想象。特别是在时下手机市场创新乏力的现状下，“以AR眼镜升级未来手机”的畅想不绝于耳。华为也高调宣布即将推出AR眼镜、苹果的AR眼镜呼之欲出……手机厂商的积极入局，更对AR产业进一步发展起到了推波助澜的作用。

据鲲游光电研发总监楼歆晔博士介绍，本次鲲游光电发布的逍遥系列产品，其核心技术为全息光栅AR光波导，该项技术是实现AR头显中至关重要的环节——光学显示最具竞争力的技术路线之一。光学显示部分在AR头显中至关重要，从实现上看也是目前整个头显中难度最大、成本最高的关键环节之一。

区别于佩戴VR头盔后用户所看到的场景全部是虚拟的图像，由于AR是将虚拟图像叠加到现实场景当中的一门技术，这就要求AR眼镜在满足用户看到虚拟图像的同时，还要满足能够看到真实世界的场景。这一差异性对AR设备的光学显示技术提出了新的要求。

目前为攻克AR光学显示，行业正逐步形成了如下四种主要的技术路线：

1、首先市场上相对成熟的自由曲面技术，其优点是成本相对较低、工艺相对成熟；但缺点也非常显著，包括镜片大体积、厚重，形态不灵活等。

2、其次相对主流的技术路线包括几何光波导，也即反射式光波导技术，但由于工艺难度的限制，量产性一直无法突破。

3、另一种光波导技术基于体光栅，但其材料制备复杂、规模量产困难、长期可靠性、材料稳定性难保证。

4、最后则是鲲游光电本次所使用的全息光栅光波导技术。

全息光栅光波导技术的主要原理是二元光学理论，在晶圆表面光刻极为精细的结构（<100nm）形成表面浮雕光栅结构，通过光栅衍射原理成像。该技术突破了传统冷光学和注塑工艺，通过晶圆级光学制成，使得结构层可以做到亚微米级厚度，真正有机会做到“薄如蝉翼”；同时形态不受限，可以制成任意大小尺寸。其最大的优点是由于使用了半导体制成工艺，量产性好；成本与量直接相关，可以做到极低成本。

据悉，由于其极佳的量产性与灵活性，全息光栅光波导技术正逐步成为行业内最受关注的热点，也成为了巨头必争的兵家之地。目前包括微软的HoloLens、HoloLens 2，Magic Leap One等巨头的旗舰产品均采用了这种技术。

虽然全息光栅波导正成为巨头必争之地，但作为AR显示技术中的制高点，在其技术实现的过程中也面临着诸多难题，这进一步加剧了全息光栅波导实现量产的难度。

楼歆晔博士表示，目前全息光栅光波导技术在研发和实现量产的过程中主要面临着以下几方面的难点。

1、仿真设计复杂：首先，全息光栅波导无法通过传统光线追踪的方式仿真设计，而需要通过光的波动性理论和矢量理论计算，技术实现难度较高；其次，一个AR镜片上可能由多个光栅区域构成，多个光栅之间的相互叠加显示如何实现，这也需要非常大的运算量；最后，由于光波导是用于显示用途，所以必须考虑多种颜色的色平衡、畸变、搭配显示等问题。由于不同色光之间存在互相影响、制约的特性，所以在设计上如何根据应用选取最佳方案，这也极具挑战。

2、母版制备复杂：将复杂的结构设计制作实现出来，是对工程上的全新挑战。全息光栅的特征尺度只有几十纳米，对于如此微小的尺度来说，传统的冷光学或注塑工艺已经完全不适用了，而必须借助晶圆级光学工艺将数以亿计的微小结构“光刻”在母版上。另外，全息AR波导中使用最广的是倾斜的光栅结构，对于制成纳米尺度的光栅结构就已实属不易了，而倾斜结构的制成在半导体领域也属于技术难点，实现难度可想而知。而对于同一片AR镜片上有可能会使用多种不同的光栅类型，如何将多种光栅刻制到同一片基片上更是难上加难。

3、生产工艺复杂：在解决了设计与母版的问题以后，最后一步是要面对生产环节，特别是真正的量产要求。量产第一个需要解决的是如何实现纳米尺度结构的完美复制，特别要考虑母版光栅上不同形貌光栅的组合，而且有不同向性的斜齿光栅的形貌下如何实现复制。其次要考虑整片的良品率与一致性。通常来说，越大的面积，良品率控制越为复杂。AR光波导通常都比较大，至少几厘米以上，对于如此大尺寸的复制生产，需要极高的工艺把控。

本次鲲游光电推出逍遥系列全息光栅AR光波导，不但在国内领先，在国际上也成为了跻身微软、Magic Leap等行业领先的公司行列，成为业界屈指可数的少数几家可生产全息光栅AR光波导的公司之一。

据楼歆晔博士介绍，本次鲲游光电推出的全息光栅AR光波导主要具有以下特点：

1、单片复合光栅结构。鲲游光电通过将不同结构、不同调制形貌的光栅复合组成一片光栅，实现光场重建。使得光机耦入的方式更为灵活，AR波导的形貌也更为多样，可以更广泛的应用于不同场景。

2、极致轻薄。充分发挥了全息光栅波导的特性。通过晶圆级光学工艺，将微纳结构控制在1微米的厚度以内。使得整个镜片的厚度只有0.5毫米厚，真正做到了薄如蝉翼。

3、单片多色。目前国际上同类的AR全息光栅波导，HoloLens为3片装；Magic Leap为6片装，本次逍遥系列只通过单片复合光栅就实现了多种色彩。这样直接制作成本就变为国际友商的1/3和1/6，极大提升了性价比和落地可行性。

4、高量产性。通过晶圆级光学制成工艺，实现批量量产。量产价格与产量直接挂钩，实现低量产价格，促进产品化进程。

5、全天候工作。基于全息光栅的原理特性，任意光栅区域均可实现光场重建，即使AR片出现局部破损、碎裂、泥渍、断裂等也可以完整成像。这使得逍遥系列的全天候工作特性大幅提升，特别在一些环境要求严苛的情况下仍可使用。

在谈到企业定位的时候，楼歆晔博士表示：“在一个行业里面，越是上游的厂商壁垒越高，数量也越少，能够获取的行业利润也较大。作为晶圆级光学的上游厂商，鲲游光电目前主要专注于“光芯片”领域，致力于做精做深核心元件，服务于中下游厂商，将芯片层级做到极致。公司乐意于通过与中下游厂商多种形式、广泛的合作方式来开拓市场，与行业伙伴共同做大市场。”

目前鲲游光电重点关注增强现实（AR）显示光波导、3D深度成像微纳光学元件、光通讯高速光链路三类产品系列。可以按照客户要求，为客户提供一站式的Foundry服务，也可以根据客户的需求，为客户提供整体解决方案。

过硬的产品以及服务能力背后，是公司在专业人才以及核心技术层面的深厚储备。

鲲游光电研发总监楼歆晔博士毕业于全球专业排名第一的美国罗切斯特大学光学系，师从于克林顿政府科技顾问、美国工程院院士Duncan T. Moore，有着15年衍射光学和增强现实设计工艺经验。曾是微软HoloLens全息眼镜团队的早期成员，作为资深光学工程经理，参与并领导了HoloLens第一代产品的光学、工艺、数据团队，被授予微软杰出贡献奖、微软精英人才成长计划，拥有10余项重要的虚拟现实/增强现实领域的美国/世界/欧洲/中国发明专利，同时也是Optics Letters等多家国际顶级期刊的审稿专家。

此外，核心研发团队及管理层还包括斯坦福大学、罗切斯特大学、剑桥大学、浙江大学、上海交大等知名光电院所的教授、博士；前微软、美国国家航空航天局、富通光纤、天域半导体、麦肯锡等国际知名企业高管。核心研发团队成员曾获得国家科技进步二等奖、全国五一劳动奖章等。公司成立以来也获得华登国际、远璟资本、中科创星、昆仲资本、晨晖创投、中恒星光、舜宇光学近两亿元融资。

楼歆晔博士表示，晶圆级光学是拉开“消费光子”序幕的基石技术，鲲游光电正在将其技术优势广泛的延展到了“光芯”的各个领域，同时也在发力3D深度成像微纳光学核心元件，其结构光用DOE系列和TOF专用Diffuser系列产品也已经导入量产。

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