01光波導的技術原理

光波導的核心作用，是在保持鏡片高透明度的前提下，將微顯示器產生的圖像高效、準確地傳遞至人眼。其基本原理是通過在透明介質內部構建特定的光學結構，對光線進行定向耦入、多次受控傳播，并最終以預設角度出射進入眼睛。

與傳統顯示方案依賴復雜外置光學系統不同，光波導將“成像路徑”集成于鏡片內部，使顯示系統與眼鏡形態天然融合。這種方式不僅顯著降低了整體體積和重量，也為 AR 設備實現長時間佩戴、日常使用奠定了基礎。

從本質上看，光波導并不是單純的“顯示器件”，而是一種在顯示性能、佩戴體驗與工業設計之間取得平衡的光學解決方案。

圖片來源：《近眼顯示偏振體全息光波導的設計及光學性能研究》林子健

02光波導技術分類

根據光線耦合與傳輸方式的不同，當前主流光波導技術主要分為幾何（陣列）光波導和衍射光波導。其中，衍射光波導又細分為表面浮雕光柵和體全息兩大技術方向。

1. 幾何光波導（陣列光波導）

幾何光波導通過多組半透半反鏡面構成的反射陣列，引導光線在鏡片內部逐級傳播并最終成像。

- 優勢：成像清晰、光學效率高。

- 局限：結構復雜、厚度和重量控制難度較高，良率較低，整體形態不利于消費級眼鏡的設計。

幾何光波導更適合對顯示質量要求極高、對體積限制相對寬松的專業或工業場景。

圖片來源：《增強現實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》姜玉婷、張毅、胡躍強等

2. 表面浮雕光柵波導（SRG 衍射光波導）

SRG 波導通過在鏡片表面加工微納周期光柵，利用衍射效應實現光線耦合與出射。

- 優勢：結構輕薄，工藝路徑相對成熟，具備較好的規模化潛力。

- 挑戰：光效偏低（通常低于 1%），容易產生彩虹效應和色彩均勻性問題，對光源亮度和系統功耗要求較高。

該方案在輕量化方面具備優勢，但在顯示質量和能效層面仍存在明顯瓶頸。

3. 偏振體全息光波導（PVG 光波導）

體全息光波導通過體全息干涉技術，在材料內部形成體相位光柵，實現更高效率的光線調控。

- 優勢：光效更高、色彩均勻性好、無彩虹效應，天然支持全彩顯示。

- 挑戰：對材料、曝光與封裝工藝要求高，早期量產難度較大。

從技術演進路徑來看，體全息光波導更符合消費級 AR 對“顯示質量 + 外觀形態 + 能效”的綜合需求。

圖片來源：《近眼顯示偏振體全息光波導的設計及光學性能研究》林子健

03光波導的關鍵優勢

光波導之所以成為 AR 眼鏡的核心顯示方案，源于其在多個關鍵維度上的系統性優勢。

1. 輕薄化能力

鏡片厚度可控制在毫米甚至亞毫米級，為眼鏡形態設計提供了充分自由度。

2. 高透光率

虛實融合的自然觀感，同時降低長時間佩戴帶來的視覺疲勞。

3. 視場角擴展潛力

通過光學設計優化，光波導具備持續拓展 FOV 的工程空間，是通向沉浸式體驗的必要路徑。

4. 日常佩戴友好性

在外觀、重量和舒適度層面，更接近普通眼鏡，是 AR 從“設備”走向“穿戴品”的關鍵前提。

04光波導面臨的挑戰

盡管光波導，尤其是體全息光波導，被普遍認為是 AR 顯示的最優路徑，但其規模化應用仍面臨現實挑戰。

第一，視場角仍需持續突破

當前主流產品集中在 30°–40° 區間，與真正沉浸式體驗仍存在距離。

第二，光效仍有優化空間

在更高亮度、復雜戶外場景下，對光能利用率提出了更嚴苛要求。

第三，量產一致性

光波導的商業價值，不取決于“是否做得出來”，而取決于“是否能穩定做出來”。

05簡單小結

從產業視角看，具備長期競爭力的光波導方案，必須同時滿足顯示質量、工程可實現性與量產可復制性三項關鍵條件。體全息光波導正是在這三個維度上形成突破的技術路線，在提升亮度與分辨率的同時，顯著改善了色彩一致性與顯示穩定性，更契合消費級 AR 的顯示需求。

目前，基于自研的 PVG 光波導技術，谷東智能已完成從技術驗證向產業落地的過渡，并建成 20 萬片級 PVG 全息光波導12寸晶圓自動化產線，在實際交付中持續優化良率與一致性控制，使體全息光波導逐步具備面向消費級市場應用的現實基礎。

隨著 PVG 光波導在顯示性能與量產能力上的不斷成熟，體全息光波導正從“技術可行”走向“產業可用”，有望推動 AR 眼鏡從小規模探索加速邁向大眾消費階段。