AR眼鏡光波導技術與碳化硅材料的創新融合

AR眼鏡的光學方案主要分為「鳥浴式」和「光波導」兩大陣營。

鳥浴式（Birdbath）：結構相對簡單，通過一個分光鏡和一個曲面半透半反鏡的組合，將顯示器圖像反射入眼，同時允許現實光透過。其優點是能提供大視場角和高對比度，但代價是透光率較低（鏡片類似太陽鏡），且體積難以進一步壓縮。「鳥浴式」光學方案的核心功能是媒體場景，是目前AR觀影眼鏡的主流方案。

具體的例子有：

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光波導（Waveguide）：其核心原理是利用光的全內反射，將圖像在超薄玻璃或晶體片內傳輸，最終導入人眼。它能極好地平衡設備輕薄化與大視場角之間的矛盾，是走向「普通眼鏡」形態和全天候使用的關鍵技術。主要分為幾何光波導和衍射光波導兩類。

幾何光波導（也稱陣列波導）依靠傳統光學反射/折射原理，通過多層半透半反鏡面陣列實現光線的耦合和傳輸；特點是結構簡單、光線利用率高（亮度損失少），但鏡片較厚（通常5mm以上），正面有明顯條紋。

衍射光波導則是在鏡片表面設計納米級光柵，通過衍射效應控制光線的傳播方向。特點是可實現超薄鏡片（2—3mm），重量輕，但光線利用率低，如果實現全綵還需要多層波導支持。

光波導的種類: (a) 幾何式光波導和「半透半反」鏡面陣列的原理示意圖, (b) 衍射式光波導和表面浮雕光柵的原理示意圖， (c) 衍射式光波導和全息體光柵的原理示意圖。

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光波導技術在AR眼鏡中的核心價值在於它能夠實現輕薄形態與大視場角的平衡。傳統光學方案往往面臨設備體積與視場角之間的矛盾——要增大視場角，就需要更長的光路，導致設備體積增大；而光波導技術通過將光在薄片內全反射傳輸，有效解決了這一矛盾。當前，光波導技術的主要挑戰在於如何提高光效、減少彩虹效應和實現大規模低成本製造。

碳化硅材料在光波導中的優勢

近年來，光波導技術與新興材料的結合已成為AR眼鏡技術發展的重要趨勢，其中碳化硅材料以其優異的特性，正在成為光波導技術創新的重要方向。

在AR眼鏡光波導中，碳化硅材料展現出多重優勢：

高折射率：碳化硅的折射率（約2.6以上）遠高於傳統玻璃材料（約1.5-1.9），這使得碳化硅光波導能夠實現更大的視場角和更緊湊的結構設計。高折射率意味着光波導能夠支持更大角度的全反射，從而在更薄的波導內實現相同的視場角，或將同樣厚度的波導實現更大的視場角。

高熱導率：碳化硅具有優異的熱管理能力，其熱導率可達350-490 W/mK，遠高於傳統玻璃材料。高導熱性使AR眼鏡得以簡化散熱設計進而實現輕量化設計。傳統AR眼鏡依賴鏡腿散熱模塊或主動冷卻系統，增加了設備重量和複雜度，而碳化硅的高熱導性允許將散熱功能集成到光波導片本身，通過被動散熱即可滿足需求。

高硬度與化學穩定性：碳化硅的硬度高，耐磨性強，同時具有優異的化學穩定性，這使得碳化硅光波導能夠承受日常使用中的刮擦和腐蝕，延長產品使用壽命。

熱穩定性與耐高温性能：碳化硅具有出色的熱學性能，包括高熱導率和高熔點。這些特性使得碳化硅能夠在高温環境下保持光學性能的穩定性。

碳化硅AR眼鏡產業化加速

2025年，碳化硅光波導方案在AR領域煥發活力。整機方面，杭州秋果計劃發佈可量產碳化硅光波導XR眼鏡Wigain Omnision（開發者版），Coray發佈碳化硅波導AR眼鏡Coray Air2（開發者版）。技術路線方面，西湖大學、慕德微納團隊於2025年8月發表在《eLight》的論文中提出「採用碳化硅材料成功研發出超輕、超薄的衍射光波導」方案，實現了單層碳化硅衍射光波導的設計、量產級製造與封裝。產業鏈對接方面，工業和信息化部電子信息司於2025年9月組織開展AR眼鏡—碳化硅材料產業鏈供需對接活動。面向AR+AI趨勢，持續強化產業鏈上下游適配，已經成為碳化硅與AR產業從業者的共識。

Meta：2024年9月，Meta展示了一款名為Orion的AR眼鏡原型，其核心亮點是採用碳化硅鏡片，視場角遠超其他AR設備（通常不超過50度），碳化硅材料成為該設備實現性能突破的關鍵。

廣納四維：2024年，成功攻克碳化硅DUV光刻與刻蝕技術，推出的產品實現單片全綵顯示，厚度僅0.7mm、重量僅4g，還徹底消除了彩虹紋現象；2025年4月，與山西爍科晶體、國家納米智造產業創新中心簽署戰略合作協議，三方圍繞碳化硅基底刻蝕製備衍射光波導鏡片的核心技術攻關與量產落地展開深度協同，助力AR眼鏡產業鏈關鍵環節國產化，加速消費級AR產品普及。

雷鳥創新：‌雷鳥創新已將碳化硅光波導視為AR眼鏡光學顯示的關鍵技術之一，並處於探索與研發階段。‌ 公司明確表示正在積極探索該技術，目標是實現更高峰值亮度（如向10000nits進發），以解決視場角窄、彩虹偽影和散熱等AR顯示核心難題。

天科合達：2025年2月，與慕德微納在徐州簽署投資合同，共同出資成立合資公司，正式開啟AR衍射光波導鏡片技術研發與市場推廣的深度合作，致力於推動AR行業技術創新與應用落地。

晶盛機電：2025年2月，XREAL、龍旗科技、晶盛機電與鯤遊光電四家浙大系企業簽署《AI/AR產業鏈戰略合作協議》，整合產品設計研發、生產製造、光學技術與新材料應用等關鍵領域資源，以2027年實現L4級智能眼鏡技術突破為目標，驅動AI/AR產業鏈升級，並向全球產業夥伴發出協同創新倡議。

舜宇光學：2025年7月，舜宇光學旗下專注於AR眼鏡半導體光學領域的子公司舜宇奧來，與SiC襯底供應商天岳先進簽訂戰略合作協議，並與半導體設備廠商中微半導體簽訂戰略合作協議，啟動國產集成電路設備在微納光學領域的在地協作。8月，舜宇光學科技、歌爾股份兩大光波導領域巨頭宣佈攜手，雙方簽訂了諒解備忘錄，將通過股權置換的方式實現合作。

成都光嶼高維：2025年7月，旗下品牌Coray發佈CorayAir2彩色智能AR眼鏡，不僅實現碳化硅全綵光波導AR眼鏡的量產，還首次將該技術AR眼鏡的價格壓縮至5000元以內，大幅降低消費級AR產品的入手門檻，為市場普及奠定基礎。

西湖大學與慕德微納合作研發出全球最輕薄的碳化硅衍射光波導，重量僅3.8克、厚度不足1毫米，實現無彩虹效應的全綵顯示，併兼容超薄菲涅爾鏡片，為近視用户提供更輕便的 AR 視覺解決方案。

碳化硅光波導的市場前景與挑戰

碳化硅光波導技術雖然展現出顯著優勢，但其商業化進程仍面臨一系列挑戰。

製造工藝的複雜性：儘管碳化硅材料具有顯著的光學優勢，但其製造過程複雜且成本較高。碳化硅的硬度接近金剛石，導致其在加工時需要使用精密的納米級製造工藝。如何在大規模生產中保持碳化硅波導的高質量和一致性，特別是控制表面粗糙度以減少光損耗，是目前碳化硅波導商業化的主要挑戰之一。

成本高：碳化硅材料相對於傳統光波導材料，製造成本較高，尤其是在大面積波導的生產中，這一問題尤為突出。因此，降低製造成本是碳化硅材料在AR眼鏡中大規模應用的關鍵。目前，碳化硅主要應用於高端和工業級產品中，隨着生產技術的進步和規模化生產的推進，預計其成本將在未來逐步降低，使其能夠應用於更多消費級AR眼鏡產品。

與其他材料的集成難度大：在AR眼鏡中，光波導並不是唯一的光學組件。它通常需要與顯示器、透鏡、傳感器等其他光學元件集成使用。碳化硅的高硬度和加工複雜性增加了與其他材料進行無縫集成的難度。因此，如何優化碳化硅波導的加工工藝，以便與其他光學元件進行高效集成，也是碳化硅在AR眼鏡中應用的一個重要技術難點。

儘管如此，碳化硅光波導市場前景依然廣闊。弗若斯特沙利文預測，到2030年，基於碳化硅的光波導鏡片產量將達到6000萬件，若全部採用12英寸碳化硅襯底，那麼需求量將高達60-180萬片。從應用領域分佈來看，碳化硅在AR眼鏡中的應用最初將在工業製造領域拓展，隨后逐步向消費電子領域滲透。在工業製造領域，AR眼鏡對性能要求和價格敏感度相對較低，更適合碳化硅方案初期切入；隨着技術成熟和成本下降，碳化硅將逐步應用於高端消費級AR眼鏡，最終向大眾市場普及。

綜上所述，光源與光波導的系統優化將成為提升AR眼鏡性能的關鍵。不同光源特性需要匹配相應的光波導方案，才能發揮最佳效果。例如，激光光源需要與專門設計的光波導匹配，以抑制散斑和雜散光；Micro-LED光源則需要與高耦合效率的光波導結合，以提高系統能效。未來，光源-光波導的聯合設計將成為技術競爭的重要維度。

碳化硅等新材料在光學系統的應用將日益廣泛。碳化硅憑藉高折射率、高熱導率和高硬度等優異特性，在AR眼鏡光波導中的應用前景廣闊。隨着納米壓印等製造工藝的成熟和成本的降低，碳化硅光波導有望從高端產品逐步向大眾市場普及，為AR眼鏡光學系統帶來新的突破。