光波導技術的案例
AR-HUD 光波導方案優化難題待解？OAS 光學軟件來破局
同時，考慮環境因素對系統的影響，設置環境光強度為 10000lux，模擬強光環境下的顯示效果，啟動 OAS 軟件的光線追跡功能，對光束在系統中的傳播過程進行模擬。
（反射投影式）
（直接顯示式）
總結
本案例通過 OAS 光學軟件對 AR - HUD 光波導系統進行全面模擬與分析，充分驗證了光波導技術在解決當前 AR - HUD 技術瓶頸方面的顯著優勢。未來，隨著 OAS 光學軟件功能的不斷完善與光波導技術的持續發展，AR - HUD 系統有望實現更高效、更優質的顯示效果，推動智能駕駛交互技術邁向新的高度。
展開 光波導 | 估值達5.3億美元！DigiLens完成5000萬美金D2輪融資
該輪融資不僅可以進一步鞏固DigiLens光波導技術作為智能眼鏡事實上標準技術的行業地位，還能讓公司在全球范圍內進一步強化其技術許可業務模式。
“隨著下一代計算顯示設備概念的輪廓開始在行業參與者中形成明確的定義，投資者也在不斷通過企業和商業投資活動‘下注’。最終，我們看到占據主導地位的核心技術慢慢會成為行業標準。從這點來看，本次D輪融資展示了公司在新興XR領域的強大應用潛力。我們的投資者越來越多元化，這表明我們在從行業內脫穎而出的路上又邁出了重要的一步，”DigiLens的首席執行官Chris Pickett說道，“我們目前正在開發的一些項目使用了公司的體布拉格光柵技術，該行業領先技術將在明年會以實物產品形式進入市場。這些技術進步表明，當客戶考慮效率、統一性和成本時，我們將是唯一可行的解決方案。另外，借助下一代光波導技術，我們將在性能方面獲得階梯式提升，這將進一步擴大公司的領先優勢。”
事實證明，DigiLens的下一代光波導技術不僅可以進一步提高產品的性能，還能降低成本。我們新的光波導產品體現了公司在衍射光柵技術領域的突破，該技術在配合客戶端，如近眼顯示器的設計方面更有效。
實際上，新的光波導表面結構在光柵面和支撐基板之間沒有留任何的偏置層，另外，它是由強聚合物（Strong Polymer）而不是散亂分布的樹脂制成。使用 DigiLens當前的全息記錄工藝可以輕松制作這種光柵結構，這也讓公司能夠輕松滿足更為廣泛的客戶要求。該技術不僅可以保證產品成本效益和效率，還能助力實現高對比度清晰圖像的顯示。與傳統的表面浮雕光柵相比，這種下一代光波導技術不再限于客戶對光柵高寬比的要求，它為應對制造和設計挑戰提供了更大的靈活性。
展開 XR｜DigiLens宣布與三菱化學合作，推出高性能低成本塑料光波導
CINNO Research產業資訊，致力于擴展現實(XR)用全息光波導顯示技術研發的DigiLens公司，7月15日宣布與全球化學工業領導者三菱化學公司（“MCC”）建立深化合作伙伴關系，旨在面向擴展現實（XR）應用市場推出第一款價格友好、性能優越的塑料光波導。
根據Digilens官網顯示，“DigiLens擁有專有的光聚合物和全息接觸復制工藝，這些技術是目前唯一能夠基于塑料基板制造光波導基顯示器的方法，”三菱化學控股的戰略投資公司Diamond Edge Ventures總裁Patrick Suel說道，“我很高興能夠看到，公司對DigiLens的投資以及與 MCC 的合作，推動創建世界上唯一一家無需納米壓印光刻（NIL imprinting）的塑料光波導技術供應商。現在，智能眼鏡OEM將可以通過DigiLens的協議許可，合作生產塑料光波導產品。”
DigiLens和MCC通過團隊合作，共同研發出一種塑料光波導技術方案。這種塑料光波導的性能幾乎與玻璃相同，但是大大降低了光波導的重量和長期制造成本。除此以外，它還可以提高用戶安全性，畢竟終端產品內的光波導器件離眼睛很近。這種技術方案就有助于DigiLens通過協議許可的方式，向客戶提供一種成本和性能都非常有市場化優勢的塑料光波導方案。另外，該技術方案也有助于推動XR市場生態系統慢慢轉向輕薄高性能。
展開 光波導：主流AR眼鏡的核心顯示技術
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
全文共8912個字，預計閱讀時間27分鐘
光波導，因其輕薄和外界光線的高穿透特性而被認為是消費級AR眼鏡的必選光學方案，又因其價格高和技術門檻高讓人望而卻步。
隨著主流AR設備微軟HoloLens2、Magic Leap One等對光波導技術的采用和設備量產，以及AR光學模組廠商DigiLens、耐德佳、靈犀微光等近期融資消息的頻繁披露，導致光波導的討論熱度也持續增加了不少。
那么，光波導的工作原理是怎樣的？
市面上林林總總的陣列光波導、幾何光波導、衍射光波導、全息光波導、多層光波導又有什么不同？
它又是如何一步步改變AR眼鏡市場格局的？
我們更看好哪一種光波導技術，為什么？
接下來，就讓Rokid R-lab光學研究科學家、美國加州伯克利大學電子工程系博士李琨為你娓娓道來。
李琨，浙江大學光電系本科畢業，美國加州伯克利大學電子工程系博士畢業，主要研究方向包括光學成像系統、光電子器件、半導體激光器和納米技術等。現就職位于美國舊金山灣區的Rokid R-lab，擔任光學研究科學家和多個項目負責人。
光波導，
一個應AR眼鏡需求而生的光學方案
增強現實(AR)與虛擬現實(VR)是近年來廣受關注的科技領域，它們的近眼顯示系統都是將顯示器上的像素， 通過一系列光學成像元件形成遠處的虛像并投射到人眼中。
展開 
國產光學軟件突破 | 3D可視化衍射光波導仿真
原文信息
原文標題：“基于光線場追跡的國產3D可視化衍射光波導仿真模塊研究”
第一作者：覃嘉佳
通訊作者：宋強，劉祥彪, 張善文，段輝高，周常河
增強現實（AR）技術作為新興人機交互模式，其近眼顯示領域中，AR 衍射光波導技術因輕量化、小型化等優勢成為核心發展方向。高品質衍射光波導的設計優化離不開專業仿真軟件。為填補國內空白，本研究團隊研發了完全自主可控的 3D 可視化衍射光波導仿真模塊，覆蓋 k 域分析、光波導仿真與優化全過程，可納入微投影光機和人眼模型實現全維度仿真。
研究基于該模塊設計二維出瞳擴展衍射光波導，通過確定光柵矢量、劃分功能區域并精細調控光柵參數，結合光線場追跡完成仿真，并與國外商業軟件結果對比，驗證了模塊的有效性與實用性，為我國 AR 產業自主發展提供技術支撐。
二維出瞳擴展衍射光波導中的光線傳播示意圖（來自原文）
該模塊成功設計出具備二維出瞳擴展的衍射光波導，整體系統由微型投影光機、光波導與人眼模型構成，結構設計極具優勢。其投影光學系統焦距 14.5 mm，對角線視場角 28°，總長度僅 9.45 mm，光學元件直徑小于 5.4 mm，憑借緊湊小巧的特性，完美適配近眼顯示設備的輕量化需求。在性能表現上，該系統在 30 cycles/mm 采樣頻率下的光學調制傳遞函數（MTF）值均優于 0.7，成像質量穩定可靠。
可視化3D衍射光波導模組示意圖（來自原文）
為驗證模塊性能，研發團隊與市面主流商業軟件，在衍射效率、均勻性及光線路徑等關鍵指標上展開對比，結果充分證明了該國產模塊的精度與可靠性。
展開 利用RSoft的BPM算法對光波導和簡單光波導器件進行仿真 ￥15
RSoft是一款非常實用的光波導仿真軟件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多種算法，使得它能夠適用于各種不同要求場合。本課程主要使用RSoft算法集中的BPM算法對光波導和簡單光波導器件進行仿真計算，從而對光在波導中的傳輸有一定得了解。
一、軟件CAD界面：
下載網站上的壓縮包，解壓縮后運行C:\Program Files\RSoft\bin文件夾中的bcadw32.exe，即出現如下圖所示的CAD界面。此界面是定義波導結構和下一步計算的前提。
二、單根波導的仿真：
在軟件中，點擊左上角的”New Circuit”按鈕，如圖所示。
點擊后彈出基本設置對話框，波導的一些基本特性參數需要在此設定。我們模擬目前光通信系統中應用最為廣泛的掩埋型二氧化硅波導（channel型）。波導橫截面的尺寸結構為6um*6um，芯層折射率為1.465，包層折射率為1.455（包層和芯層的折射率差為0.01），通信波長為1.55um。基本參數的設定如下圖所示（注意，軟件中關于長度的單位均為um）：
設置完畢后點擊”OK”，進入CAD界面。
首先畫一根直波導。點擊”Segment mode” （新建文件時默認就是此模式），如上圖紅圈所示。之后在空白的CAD窗口中某一處單擊鼠標左鍵，在任意另一處再單擊左鍵，即可畫出一條波導，如下圖所示。
到目前為止，畫出的波導是任意的，我們還需要對它進行設置，滿足我們設計的要求。將鼠標移動至波導上（紅色區域上），再單擊鼠標右鍵，會彈出波導的設置菜單。由于我們只需要仿真普通的直波導，所以大部分設置保持默認即可。主要需要調整波導的位置。在RSoft軟件中，波導位置是由首尾兩個坐標確定的，并且BPM計算的光是只沿著z軸傳播（即豎直方向），這個是需要特別注意的。
展開 ZEMAX軟件技術應用專題：模擬 AR 系統中的全息光波導：第一部分
AR系統通常使用全息圖將光耦合到波導中，從而將光從顯示引擎傳輸到佩戴者的眼睛。本文演示了如何在OpticStudio中使用全息圖表面作為平面波導結構內的耦合器。
增強現實 (AR) 是一種將在屏幕上的虛擬世界與現實世界的場景結合并交互的技術。本文演示了如何利用全息技術在序列模式下建立一個用于增強現實的光學系統。
增強現實系統和全息圖
全息圖是記錄在高分辨率感光乳劑上的干涉圖案。全息系統的使用中存在兩個不同的階段：構造階段和重構階段，分別適用于全息圖的構建和作為光學元件的使用。有關該主題的詳細內容，請參考文章：“如何在 OpticStudio 中建模全息圖”。
在普通的AR系統中，光通過全息圖耦合到波導中，從而將相關信息從顯示器傳輸到眼睛。波導的優點是它很大程度上是透明的，不會阻擋來自現實世界的光。在這篇文章中，我們將指導您使用嵌入PMMA材料的反射全息圖來建模一個簡單的AR設計。
規格和設計策略
我們將從一個簡單的設計開始，然后進一步完善系統。初始規格是：
出瞳距離= 15mm
瞳孔直徑= 3mm
FOV = 10度
波導厚度= 10mm
光線將通過全息圖耦合到波導中。全息圖將被嵌入到PMMA材料中且出口面將會傾斜45度。
根據程序的實際工作方式，系統會被“反向”建模。現實中（物理系統中），AR系統的光源是微顯示器，而成像平面將是人眼的視網膜（AR系統的出瞳和人眼系統的入瞳將被放置在同一位置）。但為了在OpticStudio中準確建模且有效優化系統，物理系統的出瞳被定義為在OpticStudio中建模系統的入瞳，而微顯示器被視為系統的“像平面”。因此，本文中任何光線都是按照在OpticStudio中建模的方式來描述的。
展開 ZEMAX軟件技術應用專題：模擬 AR 系統中的全息光波導：第二部分
AR 系統通常使用全息圖將光耦合到波導中。本文展示了如何繼續改進本系列文章的第一部分中建模的初步設計。
AR是一種允許屏幕上的虛擬世界與現實場景結合并交互的技術。
本文演示了如何繼續改進在文章模擬AR系統中的全息光波導：第一部分中的系統。
優化系統
從第一部分文章的優化得到的最后系統開始優化，我們需要進一步提高其光學性能。首先，讓我們收緊規格參數：
設置入瞳直徑 = 4 mm
放大 FOV 到 +/- 8度
使波導薄于6 mm，如下所示
這時，你會發現當我們試圖收緊設計參數時，設計將會變得不切實際。為了解決這個問題，我們需要限制設計參數，以確保光線遵循滿足物理意義的路徑。我們將使用評價函數中的相關操作數強制執行以下 3 個條件：
當光線應該在波導內部時，它們不能在波導外部傳播
光線不能到達全息面的后方
光線必須從波導管的頂部射出而不撞擊側面
為了便于優化，我們首先在表面 13（設置材料為PMMA）之后添加一個虛擬面。這個曲面將被用作一個參考曲面，以確保系統的幾何形狀是正確的。接下來，在表面 17 的波導出口之后添加一個坐標間斷面，然后將現有的表面厚度剪切并粘貼到新的坐標間斷面厚度，這個新表面將用于傾斜像面。
為了更清晰地觀察系統視圖，對表面 14 的表面屬性 (Surface Properties) …繪圖 (Draw ) 做如下更改：
與此同時，為了實現我們的目標，我們可以在設計中加入更多的變量，讓設計更加自由。
展開 Rsoft光波導軟件基于七芯光纖波導耦合器模擬
嗨親愛的小伙伴們再次碰面啦，鑒于近期大家主要對于耦合機理及耦合光源的要求比較高，在本期我所講述的model是基于七芯波導構建成波導耦合器的案例，從本案例的講述可以幫助大家對于模式耦合基本理念有一個較為基礎性的學習。那么下面跟隨我的腳步一起去探究一下吧~
全局變量設定（圖1）
在本模塊中，我們基于光波導傳輸的機理，選取的模塊為beamprop模塊，在設定的過程中由于當各個纖芯波導的間距減小的作用則會有光波導耦合的作用，在這里我們等價為雙層波導介質，即設定背景折射率為包層折射率。通過改變纖芯之間的尺寸大小以及纖芯的幾何尺寸大小進而產生模式耦合的作用。基本的設定如上圖1所示，在這里就不進行過多贅述了。詳情可翻看以往案例介紹。
圖2（七芯光纖波導耦合器幾何形狀）
由于光纖耦合器中在光纖直徑相對小，間距相對小的情況下，光能量的耦合作用最佳，所以我們針對于某個較為理想尺寸下的橫截面波導進行延展得以分析，三維結構幾何建模如上圖所示。再設定的過程中我們設定光纖纖芯直徑為4.4微米，纖芯與纖芯之間的橫向距離為d/2,縱向距離為d/2*1.732。
亦或者可以采用陣列的方式來進行操作，進而得到六邊形分布的七芯光波導陣列形式。
圖3 監測模擬配置
由于在監測過程中我們需要對每個纖芯波導進行實時監控，因此在檢測路徑中選取四種不同的檢測路徑，在包層環境背景折射率下以纖芯基本模式LP01模式作為監測光源進行配置，且其尺寸大小與纖芯波導尺寸大小相等。
圖4 激發光源配置
分析結構的激發光場及細節配置如上圖所示，同樣的道理我們設定以中間芯作為激光模式廣場的入射中心，并且以纖芯基模模式光作為入射光源得以進行分析。
展開 AR | TriLite與Dispelix合作開發AR用超緊湊微型光學顯示系統
再結合Dispelix的超薄光波導，新光學顯示系統方案將具有有史以來最緊湊結構外形，這意味著在未來越來越多不同尺寸的眼鏡都將可以搭載AR功能。
TriLite公司的首席執行官Peter Weigand表示：“Dispelix的透明光波導是目前業內最好的，我們的合作將有助于在市場上快速推出更為輕薄和高性能的AR消費設備。”
Dispelix的CRO Josh Littlefield說：“Trixel 3激光束掃描儀確實是一個工程學奇跡，其創新程度可以媲美我們的透明光波導，我們很高興TriLite將我們選為他們首選的光波導技術合作伙伴。”
除了光學顯示系統結構可以更加緊湊以外，兩家公司的合作還有另一個優勢，那就是TriLite 的高亮度LBS可以非常好地支持Dispelix光波導的大眼盒（Eyebox）設計。即使是在極端戶外環境下使用（例如高山滑雪眼鏡），該投影系統也能產生所需的超高亮度。另外，大眼盒設計可以消除廠家對AR智能眼鏡進行自定義調整和佩戴的需要，確保無論誰佩戴這種智能眼鏡都能獲得真實、清晰的圖像。
關于 Dispelix 公司
Dispelix 是一家光波導器件的設計和制造商，一直為消費和企業級顯示解決方案提供增強和混合現實透明顯示器。公司專有的DPX光波導以無與倫比的圖像質量、性能和效率為AR產品設計帶來更大的設計自由。Dispelix由世界上最受追捧的光學、光子學和制造領域專家領導，一直在為突破AR體驗的客戶提供支持。Dispelix公司的總部位于芬蘭，在美國、中國和臺灣設有辦事處。
關于TriLite公司
TriLite是一家設計和制造世界上最小投影顯示器的科技公司。他們結合先進的機器學習算法來設計具有前所未有尺寸、重量和圖像質量優勢的激光束掃描設備。
展開 光通信設計軟件——OptiBPM 光波導設計軟件
在傳播用戶定義的光場期間，CFM計算輸入場和每個點處的傳播場之間的相關積分。這產生了波導的場振幅相關函數。相關函數提供了場的完整模態描述所需的所有信息，包括：
· 傳播常數
· 每個模式的權重
· 模式特征函數
ADI方法將X和Y導數分成一個迭代步驟的兩部分。因其快速收斂，故該方法優于其他有限差分技術。ADI方法還提供所有傳播常數和模式本征函數。
自動掃描參數
設計人員的目標是實現最佳的器件性能。要找到最佳條件，通常需要使用不同的設計參數重復模擬。OptiBPM使您能夠執行稱為參數掃描計算的自動循環計算。軟件按順序命名數據文件并保存。
模式求解器
在OptiBPM中，模式求解器與2D和3D BPM算法兼容。求解器采用不同的方法：
· 多層平面結構二維傳遞矩陣法（TMM）
· 3D中的交替方向隱式（ADI）方法
· 2D和3D中的相關函數法（CFM）
平面結構的程序基于在層之間的介電界面處解決多個邊界條件。在傳播用戶定義的光場期間，CFM計算輸入場和每個點處的傳播場之間的相關積分。這產生了波導的場振幅相關函數。相關函數提供了場的完整模態描述所需的所有信息，包括：
· 傳播常數
· 每個模式的權重
· 模式特征函數
ADI方法將X和Y導數分成一個迭代步驟的兩部分。因其快速收斂，故該方法優于其他有限差分技術。ADI方法還提供所有傳播常數和模式本征函數。
應用
· 晶體管層面光電回路的設計和仿真，包括從激光驅動器到跨阻放大器、光互連和電均衡；
· 光電信號的一體化分析，包括帶有誤碼率分析的眼圖。
展開 
CINNO Research | Q1’24 VR需求相對疲軟，AR展現活躍態勢
05
從硬件技術看，消費級VR市場屏幕顯示中，Fast LCD仍占據主導地位，份額降至91%，而Micro OLED份額連續五個季度增長，此外，三星在SID 2024展會上展示了用于XR的1.03英寸RGB Micro OLED顯示器，顯示出Micro OLED技術的廣泛應用，尤其適合高端設備如Apple Vision Pro等。Pancake方案在VR領域中份額提升至65%，其中，向模內注塑技術在不斷演進升級，以耐德佳、歌爾為代表。AR市場中，Micro OLED占主導地位，份額占84%；Micro LED雖然目前份額較小，但也在不斷增長。近期，Micro LED公司如錼創、思坦、Mojo Vision也發布了最新的近眼顯示技術成果，預示著這一技術的潛力和發展前景。而在光波導方面，JBD（上海顯耀）帶來全新“蜂鳥Mini Ⅱ光引擎” 為AR設備的光學性能帶來了新的突破。鯤游光電推出了單片全彩刻蝕光波導系列——攖寧，進一步豐富了AR設備的光學選擇。另外，谷東科技在小型化高亮度陣列光波導技術方面取得重要突破，可將陣列光波導模組塞進AR眼鏡的鏡腿，體積小巧，入眼亮度提升，符合更多應用場景，又實現眼鏡化造型。
06
從融資方面看，Q1'24共融資41起，其中，VR相關融資占據23起，主要以VR培訓內容、VR娛樂、VR醫療等定向內容為主；AR相關融資18起，主要是AR的硬件為主，顯示出市場對這一領域的濃厚興趣。其中，國內熙泰科技、芯視界、諾視科技、Rokid、XREAL、雷鳥創新等融資數額均在億元以上。XR行業能集中出現如此大額投融資項目，很大程度受益于蘋果Vision Pro發售的推動。
展開 VirtualLab：光波導結構
然后，模擬受益于在VirtualLab Fusion中實施的“連接場解算器”方法，以及其有效的非順序建模技術。在此使用案例中，我們將介紹如何設置和配置光波導組件。
初始化光波導組件
光波導結構的配置
光波導通道的配置
向光波導表面添加區域
將光柵添加到區域
在光柵子部分中，可以配置光柵的主要特性，如光柵周期和方向。
類似于光波導部件，可以在區域通道部分中為每個單獨的光柵區域定義傳播通道。在光波導表面上定義的不同區域的通道可以不同，因此可以獨立于周圍表面的主通道進行配置。
配置光柵順序
要將特定衍射級添加到在模擬中考慮的列表中，請使用光柵子部分的階次選擇選項卡中的添加階次。
然后在對應表中指定所需的階次。
展開 VirtualLab：光波導結構
然后，模擬受益于在VirtualLab Fusion中實施的“連接場解算器”方法，以及其有效的非順序建模技術。在此使用案例中，我們將介紹如何設置和配置光波導組件。
初始化光波導組件
光波導結構的配置
光波導通道的配置
向光波導表面添加區域
將光柵添加到區域
在光柵子部分中，可以配置光柵的主要特性，如光柵周期和方向。
類似于光波導部件，可以在區域通道部分中為每個單獨的光柵區域定義傳播通道。在光波導表面上定義的不同區域的通道可以不同，因此可以獨立于周圍表面的主通道進行配置。
配置光柵順序
要將特定衍射級添加到在模擬中考慮的列表中，請使用光柵子部分的階次選擇選項卡中的添加階次。
然后在對應表中指定所需的階次。
展開 [NEWSLETTER] 光波導耦合分析
從集成光學到現代顯示技術，在如今各種應用中光波導結構起著重要作用。因此，所有基于光波導的應用中，將光耦合出或耦合入光波導是關注的問題。這些任務通常用衍射光柵實現，因為它們可以使用現代制造技術與光波導集成。在VirtualLab Fusion中，可以使用傅立葉模態法（FMM）嚴格計算耦合效率。例如，我們分析了幾個選定的傾斜光柵，模擬結果與文獻中的結果吻合地很好。
從文獻中選擇不同傾斜光柵幾何結構，具有不同傾斜角度、填充因子和調制深度。，用傅立葉模態法（FMM）計算衍射效率。
用于光波導耦合光柵評估的自定義探測器
我們提供了一種自定義的探測器，可以在用戶定義的入射角范圍內計算光柵衍射效率，并給出效率的平均值和對比度。
展開 