AR說丨AR智能眼鏡繞不開的核心技術-全息光波導

最近不少智庫、大佬、媒體、平臺在預測AR/VR將是下一個計算機浪潮，下一個三十年的科技文明。這些我們暫時不評述，今天我們請到了三極光電科技（蘇州）有限公司的聯合創始人袁俊旗，一起和袁總談談AR智能眼鏡繞不開的國際前沿技術——全息光波導。

公司全稱	三極光電科技（蘇州）有限公司
創始人&CEO	袁俊旗
融資現狀	無
公司規模	＜30人
成立時間	2016年
業務&產品方向	全息光波導、視網膜反射鏡、全息光學元件、展示全息圖

注：受訪人承諾文中數據無誤，爲內容真實性負責。ARC作客觀真實記錄，已備份原始記錄

ARC：據我們所知，目前光波導技術已經在一些可穿戴AR設備應用，例如HoloLens，Magic Leap One，那麼全息光波導和光波導是什麼關係？在技術上又有哪些優勢？

袁俊旗：光波導技術總體上可以分爲幾何光波導和衍射光波導兩種，幾何光波導主要是所謂的陣列光波導，其通過陣列反射鏡堆疊實現圖像的輸出，這一技術的代表公司是以色列的Lumus公司，目前國內的絕大多數光波導模組公司也均採用陣列波導的技術，因爲這種的技術門檻相對來說比較低；衍射光波導主要有基於光刻技術的表面浮雕光柵波導和基於全息技術的全息光波導，您說的HoloLens，Magic Leap One均屬於前者，也即是表面浮雕光柵波導，其核心是一些亞波長的刻蝕光柵組成，通過高效率衍射實現圖像的引導。全息光波導（Holographicwaveguide）則是使用全息光學元件（Holographic Optical Element，HOE）代替以上的刻蝕光柵，實現虛擬圖像的引導，蘋果公司收購的Akonia公司採用的便是採用的全息光學元件，相比較刻蝕光柵，全息光學元件是通過雙光束激光全息曝光的方式，直接在微米級光聚合物薄膜內干涉形成納米級的光柵結構，因此在工藝上，全息光波導更加高效，成本較其他光波導技術也具有明顯優勢。

另外值得一說的是，AR顯示要儘可能的保證外界真實場景的特徵，例如外景的清晰度，畸變，以及亮度不受波導的影響，在這一點上，全息光波導由於HOE的高透明，高衍射效率特點，較陣列波導具有明顯優勢，且不易產生鬼像，目前很多AR領域的從業者混淆了光波導和全息光波導概念，本質上，前者屬於幾何光學範疇，後者屬於衍射光學範疇，是兩種不同的技術方案。

傾斜表面浮雕光柵

全息光波導

ARC：全息光波導作爲一種未來的前沿技術，請您簡單介紹一下目前貴公司的基本情況？在全息光波導研發進展？研發的難度如何？

袁俊旗：三極光電科技（蘇州）有限公司成立於2016年，在此之前，我從事全息技術十多年，公司裏的其他搭檔有合作六七年的，也有從事近三十年的，因爲共同的追求走到一起，合作至今，三極光電在全息技術，尤其是HOE以及全息光波導研發製造技術擁有數十年的經驗，具有極雄厚的研發工藝沉澱。成立至今，在沒有其他商業資本和機構加持的情況下，我們不斷完善全息波導的研發製造能力，目前，我們已經成功研製出單色一維波導、二維擴瞳全息波導，以及雙彩色全息波導，成像清晰，處於國內全息光波導領先地位，綜合性能超過某些國際知名公司。

在製造全息波導前，我們需要經過精確的模擬計算，得到特定規格的光束來做曝光，過程中所使用的激光光強、主頻率、帶寬、相干性，以及材料的配方、曝光環境這些都是經過無數次光學實驗獲得的最優方案。很多參數都無法通過簡單的光學分析來反推出來，需要根據材料的特點通過真實的全息實驗尋找最佳參數，因此這也提升了技術的研發難度和市場壟斷性。因爲任何環節出了問題上述的每個製程你也得排查，有時候正確的參數也會因爲製程中太多的影響因素而誤判。我們團隊在全息技術領域擁有的豐富經驗和多項核心技術，使得我們在很有限的條件下完成全息波導現在的一定成果。

三極光電科技全息光波導測試裝置（二維）

ARC：您說到核心技術，目前全息光波導的技術瓶頸都有哪些？貴公司在覈心技術的佈局方面如何？

袁俊旗：全息光波導和陣列光波導以及其他技術方案的光學模組比較，優勢很明顯，但是技術瓶頸也更多，主要有模擬設計，材料，以及工藝製備這三個方面。市面上的現有的光學軟件，例如Zemax，Code V以及一些非序列的設計軟件LightTools，Optisworks對於幾何光學都能很好的勝任，但是其無法很好的對全息衍射波導進行有效的模擬，因爲裏面有很多次的光線折轉，因此我們公司編寫了相應的光學追跡程序，適合於波導的特點，用於二維全息光波導的光線模擬和效率優化，國際上的全息光波導大公司也都是如此，例如英國BAE，美國DigiLens。

材料主要是指HOE中的感光材料，對於全息光波導，需要其製造前後的低收縮比，高效率以及高均勻性，目前我們使用的材料已經相當穩定，已經大量用於全息波導的加工。

工藝方面，如前所述，更多的是需要全息技術的製造光路以及曝光經驗，它和使用的材料非常相關，而且它絕對是核心技術之一，我們能夠製造出二維全息光波導，已經在這方面領先其他研究單位。目前我們還沒有在專利中透露詳細的技術細節。

三極光電全息光波導光線追跡

ARC ：從技術工藝上看，全息光波導綜合性是否還有更大的提升空間？

袁俊旗：全息技術由丹尼斯·蓋博於1947年發明，並於1971年獲得諾貝爾物理學獎，它本身就是一種很靈活的技術，很多幾何光學完成不了的工作，或者需要很多元件才能完成的功能，通過全息記錄技術，都可以在很緊湊的空間內以最少的元件完成。全息光波導正是採用全息技術，因而其綜合性能還有很大的提升空間，如視場角、色彩、運動盒、適眼距等關鍵指數，可以隨着材料的特性、製造光路的升級、工藝技術製備等大幅度改進而得以提升，在不增加系統複雜度的條件下，這點和其他顯示方案例如自由曲面，棱鏡以及陣列波導有着無與倫比的優勢。DigiLens正在研發的波導模組，表明其可提供雙眼150度的視場角，事實上利用全息技術的優勢，目前我們也在彩色和視場角領域發力，且已經研發出雙色的全息波導，顯示的虛擬圖像更加真實。

此外，全息光波導作爲核心元件，除了頭戴顯示，飛機以及汽車的平顯也是一個重要的應用領域，我們當前也正在與國內一些單位合作開展了全息波導擡頭顯示器的預研工作（Holographic Head-up Display，HHUD）。

三極光電光瞳擴展全息光波導

ARC：三極光電全息波導未來發展會受國際上專利的影響嗎？在具體的量產及成本有優勢嗎？

袁俊旗：三極光電全息波導是屬於自主研發，製造工藝完全掌握在我們自己手裏，這一點較其他AR模組相比，我們不受其他公司專利，或者材料供應商的牽制，在國內外展會，銷售都不會存在侵權行爲，未來，我們基於我們現有的技術基礎，將會在覈心技術羣上形成我們自己的獨有技術。再說起量產， AR全息光波導光柵組，確實製備起來比普通光柵難度要大，但我們的全息曝光工藝在幾秒內便可以完成一片光柵的形成，實驗室兩人一組製備一天也能六七十片，添加自動化輔助設備加上相應的模具工裝，完善各生產環節，實現標準化，全自動化，批量化生產產量是相當可靠的。

再說成本，全息曝光製造是公認的低成本微納製造技術，這來源於其加工的流程和加工方式，這是全息曝光式波導的一大優勢，此外，體全息光柵波導良品率較其他波導技術高很多，量產難度小，大面積製備時各處的均勻性會非常好，我們在實際的生產中已經證實了這一點，這有利於其他的顯示應用方案，例如大面積的HUD平板設備製備。除了成本和量產的優勢，還有上面提到的高透明，高效率優勢，全息波導在保持輕薄平板結構的同時，可以輕鬆實現光瞳的擴展，視場角的擴展，可以在一些特定場景下與其他設備集成，這是幾何光波導技術很難實現的。

ARC：目前貴公司在全息波導領域已經取得了如此快的進步，處於國內領先水平，下一步你們有什麼具體的研發計劃值得期待？在研發資金方面有沒有資金注入需求？

袁俊旗：我們在全息技術以及全息波導領域，默默耕耘了數十年，全息光波導作爲新一代的AR光學硬件，較棱鏡，自由曲面，陣列波導等技術，更加符合使用者對增強現實眼鏡的終極追求，輕薄，便宜，美觀等，結合5G技術，全息光波導將爲可穿戴AR設備註入新的活力，作爲見證者和參與者，我們感到十分激動，目前，一維波導的成像質量非常好，我們已經開始小批量銷售，希望以此能夠快速促進全息波導技術的發展和拓寬其應用領域。下一步，立足於用戶需求的同時，我們將進一步完善目前的波導產品，包括二維，以及三色彩色波導的研發工作，進一步降低製造成本，提高各參數指標，完善各生產環節，實現標準化，全自動化，此外，我們還將開展新技術的研發，包括視網膜投影技術等。

對於資金方面，當然我們希望我們的工作能夠得到更多資本市場的注入，全息波導在研發時期的設施和實驗投入，人才管理等方面，需要一定的研發費用，我們願意和資本市場結合，互利共贏，以支持我們的研發，人才儲備等工作，共同推進AR核心技術的自主化。