在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)快速迭代的浪潮中，波導(dǎo)顯示技術(shù)憑借其輕薄化、高透光率等優(yōu)勢(shì)成為主流方案。其中，偏振體全息光柵（Polarization Volume Grating, PVG）因其獨(dú)特的偏振選擇性與衍射效率優(yōu)化潛力，正推動(dòng)AR眼鏡向消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)加速滲透。然而，PVG的效率優(yōu)化與量產(chǎn)工藝中的薄膜應(yīng)力控制仍是制約其產(chǎn)業(yè)化的核心挑戰(zhàn)。

效率突破：反常偏振轉(zhuǎn)換與多級(jí)衍射抑制

傳統(tǒng)表面浮雕光柵（SRG）因微納結(jié)構(gòu)加工精度限制，高階衍射能量損耗可達(dá)30%以上，導(dǎo)致AR眼鏡漏光嚴(yán)重、續(xù)航能力不足。東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出的PVG技術(shù)通過(guò)全息干涉在材料內(nèi)部形成基于折射率變化的周期性分布，其核心突破在于發(fā)現(xiàn)并利用了反常偏振轉(zhuǎn)換現(xiàn)象：當(dāng)入射角接近布拉格條件時(shí)，PVG的周期性膽甾型液晶（CLC）結(jié)構(gòu)會(huì)從光柵模式切換為波片模式，實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)控。例如，在50度視場(chǎng)波導(dǎo)系統(tǒng)中，通過(guò)優(yōu)化PVG厚度至4.1μm，可使入耦合效率提升至傳統(tǒng)方案的3倍，同時(shí)將視場(chǎng)均勻性提高2.3倍。

python

# PVG衍射效率優(yōu)化算法（簡(jiǎn)化版）

import numpy as np

def optimize_pvg_thickness(wavelength, target_angle, max_thickness=5.0):

   """

   通過(guò)迭代優(yōu)化PVG厚度實(shí)現(xiàn)目標(biāo)入射角的衍射效率最大化

   :param wavelength: 光波長(zhǎng)（μm）

   :param target_angle: 目標(biāo)入射角（度）

   :param max_thickness: 最大搜索厚度（μm）

   :return: 最優(yōu)厚度（μm）

   """

   thickness_range = np.linspace(0.1, max_thickness, 100)

   efficiency = []

   for d in thickness_range:

       # 簡(jiǎn)化模型：衍射效率隨厚度呈周期性振蕩

       phase_shift = 2 * np.pi * d * np.cos(np.radians(target_angle)) / wavelength

       eff = 0.5 * (1 + np.cos(phase_shift))  # 理想化正弦模型

       efficiency.append(eff)

   return thickness_range[np.argmax(efficiency)]

optimal_d = optimize_pvg_thickness(0.532, 30)  # 532nm激光，30度入射

print(f"Optimal PVG thickness: {optimal_d:.2f} μm")

量產(chǎn)挑戰(zhàn)：薄膜應(yīng)力控制與工藝穩(wěn)定性

PVG的規(guī)模化生產(chǎn)需通過(guò)濕法涂布與全息曝光工藝實(shí)現(xiàn)，但薄膜應(yīng)力易導(dǎo)致波導(dǎo)片翹曲、衍射效率下降等問題。立訊精密與東南大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的分子鍵合工藝，通過(guò)在玻璃基底表面沉積200nm厚的二氧化硅緩沖層，將薄膜應(yīng)力從傳統(tǒng)膠合工藝的15MPa降低至2MPa以下。該工藝?yán)霉柰榕悸?lián)劑在分子層面形成共價(jià)鍵，使貼合面平整度優(yōu)于10nm，顯著提升了波導(dǎo)片的良率。

matlab

% 薄膜應(yīng)力模擬代碼（MATLAB）

function [stress] = calculate_thermal_stress(alpha1, alpha2, E1, E2, nu1, nu2, delta_T)

   % 計(jì)算雙層薄膜系統(tǒng)的熱應(yīng)力

   % alpha: 熱膨脹系數(shù), E: 彈性模量, nu: 泊松比, delta_T: 溫度變化

   A = E1*(1-nu2) + E2*(1-nu1);

   B = E1*nu2 + E2*nu1;

   C = E1*E2*(alpha1 - alpha2)*delta_T;

   stress = C / (A - B);  % 簡(jiǎn)化模型，實(shí)際需考慮多層結(jié)構(gòu)

end

% 示例：玻璃基底與PVG薄膜的熱應(yīng)力計(jì)算

sigma = calculate_thermal_stress(3.3e-6, 50e-6, 70e9, 3e9, 0.25, 0.45, 80);

fprintf('Thermal stress: %.2f MPa\n', sigma/1e6);

技術(shù)融合：從實(shí)驗(yàn)室到消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品

全球首款PVG-AR眼鏡“云雀”的量產(chǎn)，標(biāo)志著該技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化階段。其核心優(yōu)勢(shì)包括：

光效提升300%：通過(guò)抑制高階衍射，單目亮度達(dá)1500nits，滿足戶外使用需求；

漏光降低80%：前向漏光強(qiáng)度從傳統(tǒng)方案的40%降至8%，提升隱私性；

成本下降60%：省去光刻、納米壓印等復(fù)雜工藝，良率突破85%。

未來(lái)展望

隨著PVG技術(shù)與量子點(diǎn)材料、柔性基底的融合，下一代AR眼鏡有望實(shí)現(xiàn)全彩顯示與曲面波導(dǎo)集成。同時(shí)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)的薄膜應(yīng)力預(yù)測(cè)模型正在開發(fā)中，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)涂布過(guò)程中的流變參數(shù)，可進(jìn)一步將應(yīng)力波動(dòng)控制在±0.5MPa以內(nèi)，為AR眼鏡的普及奠定工藝基礎(chǔ)。

從實(shí)驗(yàn)室突破到規(guī)?；慨a(chǎn)，PVG技術(shù)正重新定義AR顯示的光學(xué)邊界。隨著材料科學(xué)與精密制造的協(xié)同創(chuàng)新，消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的“隱形革命”已拉開帷幕。