应材副总裁罗伯特·维瑟：波导合成器令AR“无处不在”

10月19日至20日，由工业和信息化部、江西省人民政府主办的2023世界VR产业大会在江西南昌召开。在10月19日下午举行的主论坛上，美国应用材料公司副总裁罗伯特·维瑟发表视频演讲时表示，通信领域、计算领域与学习领域将全面步入AR时代，而波导合成器作为一项核心技术，令AR“无处不在”。

波导合成器令AR“无处不在”

为实现AR技术的优化与普及，应用材料公司作为一家世界知名的材料制造企业，在材料工程领域完成了数项开创性的工作。维瑟表示，当下，应用材料公司通过聚焦显示器与波导合成器两个关键领域，制造出尽可能小的波形因数，从而令AR“无处不在”。而其中，波导合成器作为一项核心技术，受到业界的广泛重视。“波导合成器对于最终的成像质量至关重要。”维瑟指出。

据维瑟介绍，波导合成器是用于制造AR波导的纳米结构薄膜，由光源模组、波导管、输入耦合器与输出耦合器等关键部件组成。其运行原理，则是通过波导管的传输，将光传导入输入耦合器进行处理，最后通过输出耦合器传导至人眼成像。

即使经过了数十年的发展，波导合成器技术仍然面临着严峻的挑战，相对较低的对比度、不够高的核心均匀度、仍嫌不足的处理效率……维瑟表示，许多光学问题仍然亟待解决，而找到突破的关键点就是应用材料公司下一步的目标。

波导合成器不断向“轻”“薄”演进

随着时代的进步与技术的演进，无论是电子行业还是服务于AR的显示行业，都呈现出由厚重到轻薄的发展趋势。维瑟提出，理想中的AR终端应当是“不足50克、高图像质量、高分辨率、具有良好对比度、无伪影、无反射”的智能眼镜。为了生产出这样的设备，其可靠性、简化程度与成本控制都是亟需解决的难题。

“利用我们在半导体行业开发的所有设备与工艺，我们已经开发出了不少独特的功能：在300毫米的透明基板上作业、开创性的倾斜结构、对元表面的充分利用、双面处理工艺等，从而实现提高波导性能的目标。”维瑟表示。

记者了解到，要实现高性能AR波导的生产，要经过薄膜堆叠沉积、光刻、干法刻蚀、封装、涂层、划片、发黑处理、包装与性能测试等一系列复杂的工艺流程。值得一提的是，应用材料公司将波导合成器中必要的三个波高合成器（波导管）组合到一张薄片上，并将薄片进行双面处理，从而获得轻薄、高透明传输度与低机械复杂性的器件。

要实现“轻”“薄”的目标，除了双面加工工艺外，使用高折射率的材料也是关键。要兼顾视场、效率和均匀度，高有效折射率光栅和高有效折射率基板缺一不可。维瑟指出，要达到拓展视野、提高性能的效果，材料的分级指数和基质指数最好要超过2.0。然而，有机材料很难达到这样的标准——即使装载了无机颗粒，有机材料的折射率能达到的最高值也不过是2.1，算上在波导合成器中的光损失，远远达不到理想的标准。为了弥补有机材料的不足，应用材料公司开发出了相应的无机材料，以满足波导合成器的制造要求。“它不规则，没有任何散射，在这种情况下散射损失是完全可以忽略不计的，”维瑟介绍道，“此外，还能通过改变材料成分来实现对折射率的调控，将数值控制在1.5到2.6之间，可谓是完美的低损耗光学薄膜。”

在演讲的最后，维瑟再次强调了材料工程在研发制造用于AR的高质量波导合成器过程中发挥的重要作用。“我们一直致力于推动电子行业的发展，而在对波导合成器的研究中，我们发现了操控电子与操控光子的材料之间的共通之处。”维瑟表示，“发挥我们在半导体领域的优势，通过改进研制出全新的光学器件，这就是我们的战术。”