韩国浦项科技大学开发消色差超光栅波导，缩小AR眼镜尺寸

研究人员利用单层波导显著减少了厚度和重量。

上图：AI波导显示器的架构。下图：基于元光栅的AI玻璃原型及实验结果。图片来源：浦项科技大学。

增强现实技术正在逐渐融入日常生活，从教育、医疗保健到游戏和娱乐。然而，核心的增强现实设备仍然体积庞大、重量过重，长时间佩戴不舒适。韩国浦项科技大学（POSTECH）研究人员的一项突破有望改变这一现状。

AR眼镜商业化的主要障碍之一是波导。在AR光学器件中，镜片本身也充当光通道，将虚拟图像直接引导至观察者的眼睛。由于色散，传统设计需要为红光、绿光和蓝光分别设置波导层——三到六层堆叠的玻璃板——这不可避免地增加了设备的重量和厚度。

浦项科技大学的 Junsuk Rho 教授及其同事开发出一种消色差超光栅，可在单层玻璃中处理所有颜色，从而消除了对多层结构的依赖。其关键在于纳米级氮化硅 (Si3N4) 柱阵列，其几何形状通过随机拓扑优化算法进行精细调整，从而以最高效率引导光线。

该成果发表在《Nature Nanotechnology》杂志上。

生动的全彩图像

在实验中，研究人员使用厚度为 500 微米的单层波导生成了生动的全彩图像。他们还设置了舒适的 9 毫米眼罩，确保即使观看者的眼球略微移动，图像也能保持清晰。浦项科技大学解释说，眼罩是“AR/VR 显示器产生清晰图像的空间区域；更大的眼罩可在更多观看位置提供一致的图像质量”。

全新设计消除了色彩模糊，同时在亮度和色彩均匀性方面优于多层光学元件。一旦实现商业化，这项技术可以使AR眼镜像普通眼镜一样轻薄，从而减少佩戴者的疲劳，并通过更简单的工艺降低制造成本。真正日常化的AR时代即将到来。

“这项工作标志着下一代AR显示器的一个重要里程碑，”Rho教授说道。“再加上可扩展的大面积制造技术，它让商业化触手可及。”

该研究由 Junsuk Rho（通讯作者，浦项科技大学）、Seokwoo Kim、Joohoon Kim 和 Seokil Moon 撰写，由浦项科技大学机械、化学和电气工程系以及跨学科生物科学和生物工程研究生院与三星研究院的视觉团队合作开展。