光波导技术的主要分类和关键优势

01光波导的技术原理

光波导的核心作用，是在保持镜片高透明度的前提下，将微显示器产生的图像高效、准确地传递至人眼。其基本原理是通过在透明介质内部构建特定的光学结构，对光线进行定向耦入、多次受控传播，并最终以预设角度出射进入眼睛。

与传统显示方案依赖复杂外置光学系统不同，光波导将“成像路径”集成于镜片内部，使显示系统与眼镜形态天然融合。这种方式不仅显著降低了整体体积和重量，也为 AR 设备实现长时间佩戴、日常使用奠定了基础。

从本质上看，光波导并不是单纯的“显示器件”，而是一种在显示性能、佩戴体验与工业设计之间取得平衡的光学解决方案。

图片来源：《近眼显示偏振体全息光波导的设计及光学性能研究》林子健

02光波导技术分类

根据光线耦合与传输方式的不同，当前主流光波导技术主要分为几何（阵列）光波导和衍射光波导。其中，衍射光波导又细分为表面浮雕光栅和体全息两大技术方向。

1. 几何光波导（阵列光波导）

几何光波导通过多组半透半反镜面构成的反射阵列，引导光线在镜片内部逐级传播并最终成像。

- 优势：成像清晰、光学效率高。

- 局限：结构复杂、厚度和重量控制难度较高，良率较低，整体形态不利于消费级眼镜的设计。

几何光波导更适合对显示质量要求极高、对体积限制相对宽松的专业或工业场景。

图片来源：《增强现实近眼显示设备中光波导元件的研究进展》姜玉婷、张毅、胡跃强等

2. 表面浮雕光栅波导（SRG 衍射光波导）

SRG 波导通过在镜片表面加工微纳周期光栅，利用衍射效应实现光线耦合与出射。

- 优势：结构轻薄，工艺路径相对成熟，具备较好的规模化潜力。

- 挑战：光效偏低（通常低于 1%），容易产生彩虹效应和色彩均匀性问题，对光源亮度和系统功耗要求较高。

该方案在轻量化方面具备优势，但在显示质量和能效层面仍存在明显瓶颈。

3. 偏振体全息光波导（PVG 光波导）

体全息光波导通过体全息干涉技术，在材料内部形成体相位光栅，实现更高效率的光线调控。

- 优势：光效更高、色彩均匀性好、无彩虹效应，天然支持全彩显示。

- 挑战：对材料、曝光与封装工艺要求高，早期量产难度较大。

从技术演进路径来看，体全息光波导更符合消费级 AR 对“显示质量 + 外观形态 + 能效”的综合需求。

图片来源：《近眼显示偏振体全息光波导的设计及光学性能研究》林子健

03光波导的关键优势

光波导之所以成为 AR 眼镜的核心显示方案，源于其在多个关键维度上的系统性优势。

1. 轻薄化能力

镜片厚度可控制在毫米甚至亚毫米级，为眼镜形态设计提供了充分自由度。

2. 高透光率

虚实融合的自然观感，同时降低长时间佩戴带来的视觉疲劳。

3. 视场角扩展潜力

通过光学设计优化，光波导具备持续拓展 FOV 的工程空间，是通向沉浸式体验的必要路径。

4. 日常佩戴友好性

在外观、重量和舒适度层面，更接近普通眼镜，是 AR 从“设备”走向“穿戴品”的关键前提。

04光波导面临的挑战

尽管光波导，尤其是体全息光波导，被普遍认为是 AR 显示的最优路径，但其规模化应用仍面临现实挑战。

第一，视场角仍需持续突破

当前主流产品集中在 30°–40° 区间，与真正沉浸式体验仍存在距离。

第二，光效仍有优化空间

在更高亮度、复杂户外场景下，对光能利用率提出了更严苛要求。

第三，量产一致性

光波导的商业价值，不取决于“是否做得出来”，而取决于“是否能稳定做出来”。

05简单小结

从产业视角看，具备长期竞争力的光波导方案，必须同时满足显示质量、工程可实现性与量产可复制性三项关键条件。体全息光波导正是在这三个维度上形成突破的技术路线，在提升亮度与分辨率的同时，显著改善了色彩一致性与显示稳定性，更契合消费级 AR 的显示需求。

目前，基于自研的 PVG 光波导技术，谷东智能已完成从技术验证向产业落地的过渡，并建成 20 万片级 PVG 全息光波导12寸晶圆自动化产线，在实际交付中持续优化良率与一致性控制，使体全息光波导逐步具备面向消费级市场应用的现实基础。

随着 PVG 光波导在显示性能与量产能力上的不断成熟，体全息光波导正从“技术可行”走向“产业可用”，有望推动 AR 眼镜从小规模探索加速迈向大众消费阶段。