光学元件是什么材料

上周，新华网一篇题为《超宇宙依旧混沌，四大怪现象提前剧透》的报道，围绕这个炙手可热的概念，总结了许多“怪现象”，其中之一就是“轻技术重想象，旧东西被新包装”。文章评论道:“想象容易，改名容易，但实现起来没有捷径。目前，超宇宙的整体发展处于初级阶段，主要是其所需的技术还处于较低水平。只有扎扎实实地突破技术瓶颈，真正的超宇宙才能到来。”

对未来元宇宙的想象甚嚣尘上，但光学、电子学等相关技术和产业发展却很少受到应有的关注。

日前，观察者网科技力量栏目邀请了国内AR(增强现实)设备的头部制造商李勇博士，围绕关键技术的发展和国内外的产业格局，对他进行了专访。

(采访/科技力量栏目主编李沛)

观察者网:李总您好，在过去的几个月里，很多手机厂商都推出了AR智能眼镜产品。如何看待AR眼镜进入C端的趋势，人机交互终端升级的浪潮是否已经到来？

李勇:我们认为元宇宙是一种说法，但它反映了一个明确的宏观趋势，即数字空形态正在从移动互联网向空互联网演变。手机作为平面显示设备，无法承载空互联网的内容和体验，只有AR或MR这样的设备才能成为/[/k0。AR必然会取代手机，但现阶段还不成熟。AR眼镜涌入消费市场过于仓促。单纯的图像投影功能并不是AR的核心价值。AR的核心价值应该是人机交互。只有人机交互足够差异化，AR才会在C端市场迎来真正的爆发。

观察者网:下一个问题是技术性的。作为底层技术，光机和镜头可以和半导体集成电路相提并论。能否简单介绍一下目前国内外的产业结构？

李勇:简单分享一下我们的一些看法。首先，你说的非常正确。显示屏确实是一个非常核心的部件。如果你看一些行业研究，参考微软的HoloLens产品，基本上显示部分成本会占到50%左右。

(基于微软HoloLens开发的军用单兵综合显示设备接近批量设备。)

另外这个展示部分基本决定了整个产品的造型。大家可以看到，如果采用水盆、衍射光波导等方案，大部分人会做头盔、头带。由于光效率高，阵列光波导有可能做成我们这样的眼镜。

纵观整个行业，也可以看到正在进行的趋势，就是很多终端厂商进入市场的热情很高。对他们来说，半导体器件其实可以依赖和复用原有的产业链，而光机和镜头不行，必须把R&D资源投入进去。

在这个过程中，我们还可以发现一个有趣的策略差异，因为没有公版，没有ODM，也没有定制的成熟机型。海外厂商一般采用内部化的方法研发制造，自建产能，如微软、爱普生、收购Akonia的苹果。而在中国，恰恰相反，初创企业更加活跃。除了华为，大企业往往在研究院层面做一些研究，量产的开发和引进还是通过对外合作。

但是，目前我国整体的光器件产业，尤其是阵列光波导，还和国外处于一个水平，这也是由于我们国内相对较强的光学冷加工水平。世界上约70%的光学元件和光学材料从中国出口。像我们公司，是基于整个光学产业链，然后我们定义流程然后定义一些参数用它的基本能力和设备去做，所以我们还是做。

世界上最著名的阵列光波导Lumus来自以色列。他们的产品在量产时性能一致性一直不是很好，良品率低，所以成本很高。一个镜头可能要1000美元，只能用于军事用途。经过几年的迭代，我们已经建立了自己的技术诀窍和整个供应链。基本上可以做到每个几百人民币，然后整个收益率可以达到90%以上。

衍射光波导和体全息光波导，在这方面，确实我们国家会稍微差一点。因为他们还在利用一些半导体制造工艺，我们国内配套厂商还很少，量产性能有差距。当然，行业还处于非常早期的阶段，好的技术不是闭门造车，必须在市场中迭代优化。你可以看到我们在中国有如此巨大的市场，我认为我们有机会弥补这方面的差距。我认为短期内我们仍有很大机会赶上。

观察者网:您刚才谈到了我国阵列光波导的产业配套优势，但另一方面，产品良率也是制约它的一大因素。另外，从特定的角度看，棱镜阵列会在透镜上形成明显的条纹。如何看待阵列光波导的这些缺点？

李勇:目前阵列和衍射还是各有优势，光效率是阵列光波导的核心优势。比如我们的像源输出10000尼特的亮度，也许眼睛能看到1000尼特，而衍射光波导的效率很低。如果你关注一下最近几个厂商的单色AR眼镜的性能参数，他们会用MicroLED的亮度来换几百万尼特，最后能做到1000尼特。可能整个效率就是万分之几。

另一方面，你可以看到这种阵列光波导的私密性很好，从正面看不到图像，但是如果看衍射镜片的产品，即使不是佩戴者，站在对面的人也能看到显示的信息，所以我们认为阵列光波导更适合眼镜产品，反过来，如果是头盔产品，阵列就不适合了，因为不能扩大上下可视区域，现在实现了阵列光波导。

你刚才提到的另外一个问题，视觉“条纹”，我们国内也在探索一些新技术。比如我们中间不需要胶水，而是用分子间的键。这种无胶粘合工艺被称为光学胶，可以改善这个问题。

(典型的几何阵列波导透镜，可以看到微小棱镜形成的“条纹”)

观察者网:如何看待同样利用衍射原理的衍射光波导和体全息光波导？后者在制备工艺上更低吗？

李勇:衍射和全息我们也有一些布局。浙大的一个副校长和我们的联合创始人郑先生，其实是国内做衍射光波导技术的第一人，之前和某所一起去了一个机载平视显示器。

构成衍射现象的微观结构可以分为两类。一种是表面浮雕，现在俗称衍射光波导，在平面上产生纳米级的光栅微结构。全息光波导是用有机材料，一种光诱导折射率变化的材料。根据你暴露的程度，材料的折射率属性会发生变化。也就是说，它并不直接形成平面形状，而是其内部的材料性质发生了变化，这就是所谓的体全息光波导。

表面浮雕光波导需要纳米压印技术，但不需要全息光波导。我只需要两束激光干涉，然后形成需要的条纹。看起来很简单，但是受限于有机材料本身的稳定性，而且在你的曝光过程中，光路的湿度和温度，包括一些抖动，都会影响产品的性能。所以目前已经比较成熟，浮雕光栅的工艺已经通过了量产验证，但是体全息工艺的一致性还没有完全验证。

观察者网:浮雕光栅的制作可能会涉及到一些底层的基础支持，比如仿真软件，生产检验的设备和材料，甚至IP？在这方面，据你了解，中国对外依存度是否还很高？

李勇:目前还是存在的。特别是在一些非常底层的设备上，包括你提到的一些仿真软件，AR光学制造，底层的设备基本上和半导体差不多，但是相对来说精度没有那么高，可能还是一两百纳米的量级，不像我们做芯片可能需要28纳米甚至7纳米的工艺，要求还是没有那么高。然而，生产设备可能仍然依赖进口。

目前，中国非常重视硬技术的发展。我相信我们可以一点一点地弥补这方面的不足。我觉得未来还是有很好的机会的，尤其是现在，这个半导体产业链的投资强度可能短时间内很难适应高端芯片，但是作为光学元件，我觉得门槛没那么高，可能是更适合磨练设备和技术的战场。

观察者网:从去年开始，很多业内人士开始讨论光学超曲面。如何评价这个技术方向？光学超面会颠覆现有的三种光波导技术路线吗？

李勇:其实我们也投资了superface，包括北京科委的一个重点研发计划，就是做superface光波导。

其实超曲面的技术来源于超材料，他只是把这种超材料平面化了。最早用于光学光波波段，由哈佛大学研究团队于2016年发起。它的优点是可以在一个平面上直接调整光相位，会带来很多好处。它可以非常灵活地处理光波和控制光线。同时，使用薄膜材料代替块体材料可以显著减轻整体重量。

值得注意的是，超表面的制备依赖于半导体光刻技术。目前意法半导体正在与苹果合作开展这方面的研究。目前国内相应规格的光刻机研发也比较顺利，预计两三年内实现国产替代。

观察者网:最后一个问题，亮视力AR+AI的解决方案交付模式在B端有很大不同。我们在设计的时候有哪些考虑？

李勇:是的，我们提供完整的端到端解决方案，从自研的关键设备，到平台，到系统，到终端硬件，都是自研自产，因为我们考虑到目前AR行业生态还不完善，客户需求需要探索和塑造，所以我们想和客户形成共建，更有针对性和敏捷的进行研发，实现商业落地。在这个过程中，我们确实看到了一些AR与B端、C端结合的早期机会，包括我们今年新研发的一款AR字幕助听眼镜，服务于听障人群。我们自己开发了软件和硬件，但是我们和科大讯飞，包括字节跳动合作了内部的音译引擎。

观察者网:好的，感谢李老师接受采访！

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