近日，2019慕尼黑上海光博會(huì)、電子展在上海新國際博覽中心同時(shí)開幕。作為亞洲激光、光學(xué)光電等領(lǐng)域的行業(yè)盛會(huì)，本次展會(huì)涵蓋半導(dǎo)體、傳感器技術(shù)、微納米系統(tǒng)、無源元件及連接器等技術(shù)，吸引了全球超過1000家電子元器件、光電顯示知名企業(yè)參與，全方位展示了光電子產(chǎn)業(yè)鏈的最新科技、最新品及解決方案。

光博會(huì)OW7展館，專注于晶圓級(jí)光芯片研發(fā)與應(yīng)用的高科技企業(yè)——鯤游光電，正式國內(nèi)首發(fā)量產(chǎn)型全息光柵AR光波導(dǎo)——逍遙系列，引發(fā)業(yè)界關(guān)注。

據(jù)了解，目前全球能夠量產(chǎn)全息光柵AR光波導(dǎo)的公司僅有包括微軟HoloLens、Magic Leap在內(nèi)的少數(shù)幾家，數(shù)量屈指可數(shù)。本次鯤游光電推出的逍遙系列——全息光柵AR光波導(dǎo)，不但在國內(nèi)領(lǐng)先，同時(shí)也將使其成為國際上該領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)者。

AR爆發(fā)前夜，全息光柵光波導(dǎo)成巨頭競搶焦點(diǎn)

近年來，繼虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）之后，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）被視為未來新的爆發(fā)產(chǎn)業(yè)。與VR相比，AR與現(xiàn)實(shí)更好的結(jié)合，造就了比之VR更廣泛的應(yīng)用場景。根據(jù)Digi-Capital、高盛等預(yù)測，到2020年全球AR市場規(guī)模預(yù)測達(dá)到近1000億美元，AR產(chǎn)業(yè)空間巨大。

同樣，業(yè)界普遍認(rèn)為經(jīng)過過去兩年的孕育，2019年或?qū)⒊蔀锳R產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)元年。Magic Leap One的驚鴻一瞥、上月剛剛發(fā)布的微軟HoloLens 2等新品直接引爆了市場對(duì)于AR的新一輪想象。特別是在時(shí)下手機(jī)市場創(chuàng)新乏力的現(xiàn)狀下，“以AR眼鏡升級(jí)未來手機(jī)”的暢想不絕于耳。華為也高調(diào)宣布即將推出AR眼鏡、蘋果的AR眼鏡呼之欲出……手機(jī)廠商的積極入局，更對(duì)AR產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展起到了推波助瀾的作用。

據(jù)鯤游光電研發(fā)總監(jiān)樓歆曄博士介紹，本次鯤游光電發(fā)布的逍遙系列產(chǎn)品，其核心技術(shù)為全息光柵AR光波導(dǎo)，該項(xiàng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)AR頭顯中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)——光學(xué)顯示最具競爭力的技術(shù)路線之一。光學(xué)顯示部分在AR頭顯中至關(guān)重要，從實(shí)現(xiàn)上看也是目前整個(gè)頭顯中難度最大、成本最高的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

區(qū)別于佩戴VR頭盔后用戶所看到的場景全部是虛擬的圖像，由于AR是將虛擬圖像疊加到現(xiàn)實(shí)場景當(dāng)中的一門技術(shù)，這就要求AR眼鏡在滿足用戶看到虛擬圖像的同時(shí)，還要滿足能夠看到真實(shí)世界的場景。這一差異性對(duì)AR設(shè)備的光學(xué)顯示技術(shù)提出了新的要求。

目前為攻克AR光學(xué)顯示，行業(yè)正逐步形成了如下四種主要的技術(shù)路線：

1、首先市場上相對(duì)成熟的自由曲面技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是成本相對(duì)較低、工藝相對(duì)成熟；但缺點(diǎn)也非常顯著，包括鏡片大體積、厚重，形態(tài)不靈活等。

2、其次相對(duì)主流的技術(shù)路線包括幾何光波導(dǎo)，也即反射式光波導(dǎo)技術(shù)，但由于工藝難度的限制，量產(chǎn)性一直無法突破。

3、另一種光波導(dǎo)技術(shù)基于體光柵，但其材料制備復(fù)雜、規(guī)模量產(chǎn)困難、長期可靠性、材料穩(wěn)定性難保證。

4、最后則是鯤游光電本次所使用的全息光柵光波導(dǎo)技術(shù)。

全息光柵光波導(dǎo)技術(shù)的主要原理是二元光學(xué)理論，在晶圓表面光刻極為精細(xì)的結(jié)構(gòu)（<100nm）形成表面浮雕光柵結(jié)構(gòu)，通過光柵衍射原理成像。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)冷光學(xué)和注塑工藝，通過晶圓級(jí)光學(xué)制成，使得結(jié)構(gòu)層可以做到亞微米級(jí)厚度，真正有機(jī)會(huì)做到“薄如蟬翼”；同時(shí)形態(tài)不受限，可以制成任意大小尺寸。其最大的優(yōu)點(diǎn)是由于使用了半導(dǎo)體制成工藝，量產(chǎn)性好；成本與量直接相關(guān)，可以做到極低成本。

據(jù)悉，由于其極佳的量產(chǎn)性與靈活性，全息光柵光波導(dǎo)技術(shù)正逐步成為行業(yè)內(nèi)最受關(guān)注的熱點(diǎn)，也成為了巨頭必爭的兵家之地。目前包括微軟的HoloLens、HoloLens 2，Magic Leap One等巨頭的旗艦產(chǎn)品均采用了這種技術(shù)。

全息光柵波導(dǎo)成兵家必爭，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)卻頗多不易

雖然全息光柵波導(dǎo)正成為巨頭必爭之地，但作為AR顯示技術(shù)中的制高點(diǎn)，在其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過程中也面臨著諸多難題，這進(jìn)一步加劇了全息光柵波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的難度。

樓歆曄博士表示，目前全息光柵光波導(dǎo)技術(shù)在研發(fā)和實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的過程中主要面臨著以下幾方面的難點(diǎn)。

1、仿真設(shè)計(jì)復(fù)雜：首先，全息光柵波導(dǎo)無法通過傳統(tǒng)光線追蹤的方式仿真設(shè)計(jì)，而需要通過光的波動(dòng)性理論和矢量理論計(jì)算，技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較高；其次，一個(gè)AR鏡片上可能由多個(gè)光柵區(qū)域構(gòu)成，多個(gè)光柵之間的相互疊加顯示如何實(shí)現(xiàn)，這也需要非常大的運(yùn)算量；最后，由于光波導(dǎo)是用于顯示用途，所以必須考慮多種顏色的色平衡、畸變、搭配顯示等問題。由于不同色光之間存在互相影響、制約的特性，所以在設(shè)計(jì)上如何根據(jù)應(yīng)用選取最佳方案，這也極具挑戰(zhàn)。

2、母版制備復(fù)雜：將復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作實(shí)現(xiàn)出來，是對(duì)工程上的全新挑戰(zhàn)。全息光柵的特征尺度只有幾十納米，對(duì)于如此微小的尺度來說，傳統(tǒng)的冷光學(xué)或注塑工藝已經(jīng)完全不適用了，而必須借助晶圓級(jí)光學(xué)工藝將數(shù)以億計(jì)的微小結(jié)構(gòu)“光刻”在母版上。另外，全息AR波導(dǎo)中使用最廣的是傾斜的光柵結(jié)構(gòu)，對(duì)于制成納米尺度的光柵結(jié)構(gòu)就已實(shí)屬不易了，而傾斜結(jié)構(gòu)的制成在半導(dǎo)體領(lǐng)域也屬于技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)難度可想而知。而對(duì)于同一片AR鏡片上有可能會(huì)使用多種不同的光柵類型，如何將多種光柵刻制到同一片基片上更是難上加難。

3、生產(chǎn)工藝復(fù)雜：在解決了設(shè)計(jì)與母版的問題以后，最后一步是要面對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，特別是真正的量產(chǎn)要求。量產(chǎn)第一個(gè)需要解決的是如何實(shí)現(xiàn)納米尺度結(jié)構(gòu)的完美復(fù)制，特別要考慮母版光柵上不同形貌光柵的組合，而且有不同向性的斜齒光柵的形貌下如何實(shí)現(xiàn)復(fù)制。其次要考慮整片的良品率與一致性。通常來說，越大的面積，良品率控制越為復(fù)雜。AR光波導(dǎo)通常都比較大，至少幾厘米以上，對(duì)于如此大尺寸的復(fù)制生產(chǎn)，需要極高的工藝把控。

本次鯤游光電推出逍遙系列全息光柵AR光波導(dǎo)，不但在國內(nèi)領(lǐng)先，在國際上也成為了躋身微軟、Magic Leap等行業(yè)領(lǐng)先的公司行列，成為業(yè)界屈指可數(shù)的少數(shù)幾家可生產(chǎn)全息光柵AR光波導(dǎo)的公司之一。

據(jù)樓歆曄博士介紹，本次鯤游光電推出的全息光柵AR光波導(dǎo)主要具有以下特點(diǎn)：

1、單片復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)。鯤游光電通過將不同結(jié)構(gòu)、不同調(diào)制形貌的光柵復(fù)合組成一片光柵，實(shí)現(xiàn)光場重建。使得光機(jī)耦入的方式更為靈活，AR波導(dǎo)的形貌也更為多樣，可以更廣泛的應(yīng)用于不同場景。

2、極致輕薄。充分發(fā)揮了全息光柵波導(dǎo)的特性。通過晶圓級(jí)光學(xué)工藝，將微納結(jié)構(gòu)控制在1微米的厚度以內(nèi)。使得整個(gè)鏡片的厚度只有0.5毫米厚，真正做到了薄如蟬翼。

3、單片多色。目前國際上同類的AR全息光柵波導(dǎo)，HoloLens為3片裝；Magic Leap為6片裝，本次逍遙系列只通過單片復(fù)合光柵就實(shí)現(xiàn)了多種色彩。這樣直接制作成本就變?yōu)閲H友商的1/3和1/6，極大提升了性價(jià)比和落地可行性。

4、高量產(chǎn)性。通過晶圓級(jí)光學(xué)制成工藝，實(shí)現(xiàn)批量量產(chǎn)。量產(chǎn)價(jià)格與產(chǎn)量直接掛鉤，實(shí)現(xiàn)低量產(chǎn)價(jià)格，促進(jìn)產(chǎn)品化進(jìn)程。

5、全天候工作。基于全息光柵的原理特性，任意光柵區(qū)域均可實(shí)現(xiàn)光場重建，即使AR片出現(xiàn)局部破損、碎裂、泥漬、斷裂等也可以完整成像。這使得逍遙系列的全天候工作特性大幅提升，特別在一些環(huán)境要求嚴(yán)苛的情況下仍可使用。

專注“光芯片”領(lǐng)域，做精做深核心元件

在談到企業(yè)定位的時(shí)候，樓歆曄博士表示：“在一個(gè)行業(yè)里面，越是上游的廠商壁壘越高，數(shù)量也越少，能夠獲取的行業(yè)利潤也較大。作為晶圓級(jí)光學(xué)的上游廠商，鯤游光電目前主要專注于“光芯片”領(lǐng)域，致力于做精做深核心元件，服務(wù)于中下游廠商，將芯片層級(jí)做到極致。公司樂意于通過與中下游廠商多種形式、廣泛的合作方式來開拓市場，與行業(yè)伙伴共同做大市場。”

目前鯤游光電重點(diǎn)關(guān)注增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）顯示光波導(dǎo)、3D深度成像微納光學(xué)元件、光通訊高速光鏈路三類產(chǎn)品系列。可以按照客戶要求，為客戶提供一站式的Foundry服務(wù)，也可以根據(jù)客戶的需求，為客戶提供整體解決方案。

過硬的產(chǎn)品以及服務(wù)能力背后，是公司在專業(yè)人才以及核心技術(shù)層面的深厚儲(chǔ)備。

鯤游光電研發(fā)總監(jiān)樓歆曄博士畢業(yè)于全球?qū)I(yè)排名第一的美國羅切斯特大學(xué)光學(xué)系，師從于克林頓政府科技顧問、美國工程院院士Duncan T. Moore，有著15年衍射光學(xué)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)工藝經(jīng)驗(yàn)。曾是微軟HoloLens全息眼鏡團(tuán)隊(duì)的早期成員，作為資深光學(xué)工程經(jīng)理，參與并領(lǐng)導(dǎo)了HoloLens第一代產(chǎn)品的光學(xué)、工藝、數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)，被授予微軟杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、微軟精英人才成長計(jì)劃，擁有10余項(xiàng)重要的虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的美國/世界/歐洲/中國發(fā)明專利，同時(shí)也是Optics Letters等多家國際頂級(jí)期刊的審稿專家。

此外，核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)及管理層還包括斯坦福大學(xué)、羅切斯特大學(xué)、劍橋大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交大等知名光電院所的教授、博士；前微軟、美國國家航空航天局、富通光纖、天域半導(dǎo)體、麥肯錫等國際知名企業(yè)高管。核心研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員曾獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、全國五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)碌取９境闪⒁詠硪搏@得華登國際、遠(yuǎn)璟資本、中科創(chuàng)星、昆仲資本、晨暉創(chuàng)投、中恒星光、舜宇光學(xué)近兩億元融資。

樓歆曄博士表示，晶圓級(jí)光學(xué)是拉開“消費(fèi)光子”序幕的基石技術(shù)，鯤游光電正在將其技術(shù)優(yōu)勢廣泛的延展到了“光芯”的各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)也在發(fā)力3D深度成像微納光學(xué)核心元件，其結(jié)構(gòu)光用DOE系列和TOF專用Diffuser系列產(chǎn)品也已經(jīng)導(dǎo)入量產(chǎn)。