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西湖大学团队让AR眼镜“又轻又强”

如果人人都有一副AR眼镜,会是怎么样的?

“有消息来了,我们不用再掏出手机,直接通过眼镜就可以看到是谁发来了什么消息,可以说完全解放了双手!”站在台上,西湖大学博士后、慕德微纳(杭州)科技有限公司(下文简称“慕德微纳”)CEO杜凯凯向观众描绘着未来属于AR的精彩世界。而关于AR眼镜的畅想,正在西湖大学的实验室里一步步成为现实。

9月24日,在浙江省科协大楼,杜凯凯和他的导师——西湖大学国强讲席教授、副校长以及慕德微纳首席科学家仇旻,向大家展示了一副“神奇”的AR眼镜。这是这副眼镜的第一次公开亮相,更是“极致轻薄无彩虹纹碳化硅AR衍射光波导”这项科技成果的全球首发。


填补国内技术空白 和戴太阳镜一样轻便

AR是Augmented Reality(增强现实)的简称,而AR眼镜就是可以让佩戴者在现实世界的基础上叠加虚拟景象,并通过传感和计算实现虚实融合与虚实互动。

理想的AR眼镜是怎么样的?“它在外观、重量等方面应该与常规的近视眼镜没有明显差异,点亮时是生产力工具,不点亮时就是普通眼镜。”杜凯凯说。

在AR的众多技术路径中,基于微纳光学的衍射光波导技术可以把很多复杂的光学元件“塞”到一个平面结构里面,将微型投影光机的图像信号传导到人眼中来,同时实现高光效和低能耗,属于高精尖技术。

仇旻团队多年来一直深耕于微纳光学领域,在微纳光子学理论、微纳加工与制造、仪器装备等科研方向硕果颇丰。依托多年的科研积累,也为了解决产业需求,科研成果落地在中国(杭州)算力小镇,成立了慕德微纳。该公司自成立以来,在微纳工艺特别是光波导模板加工方面积累了大量工艺经验,实现了国内高端纳米压印模板从0到1的技术突破,帮助上下游企业将AR衍射光波导镜片模板的迭代周期从3—6个月缩短至1个月甚至1周,将整个行业往快速产品化方向推进。

为了进一步改善AR衍射光波导的性能和佩戴体验,团队打破常规,将微纳光学技术实力与完美的材料性质相结合,把这款极致轻薄的碳化硅AR眼镜打造出来——一副双目重量只有5.4克、厚度仅0.55毫米的AR眼镜镜片,几乎和平时戴的太阳镜一样轻便。

传统AR眼镜为了实现全彩色显示,通常需要使用多层高折射率玻璃来传导光线,这就导致了镜片厚重且不舒适。然而,得益于碳化硅材料的超高折射率,这项新技术只需单层波导就能完成大视场角全彩显示任务。这种材料不仅使AR眼镜变得极其轻巧,还通过一种超薄封装工艺进一步压缩了整体体积,让人佩戴起来几乎感受不到它的存在。


“神奇”的地方不少 超大视界、无彩虹纹、镜片能散热

和传统AR眼镜相比,这款“神奇”的眼镜还有啥特别?

戴上这副AR眼镜后,你会发现自己仿佛置身于一个全新的世界,因为它们能够在现实环境的基础上叠加清晰广阔的虚拟画面,就好像从一个小窗户换到了一扇大门前一样。

这是啥原理?原来,单层碳化硅波导理论上能够支持80度的全彩成像,相比之下,传统高折射率玻璃由于材料限制,单片能够提供的最大全彩色视场角不超过40度。而更大的视场角,意味着更好的沉浸感和体验——无论是游戏中的奇幻场景还是工作中的数据可视化,都将带来前所未有的视觉盛宴。

当我们提到AR眼镜时,很多人可能会担心那些令人分心的彩虹纹现象。这是因为环境光穿过波导表面时会产生衍射效应,形成类似彩虹的效果。不过,在这款采用碳化硅材料制成的AR眼镜中,这个问题得到了有效解决。研究人员通过对波导结构的精确设计,消除了彩虹纹问题,为用户提供了一个干净清晰的画面。

此外,有别于传统的镜腿散热方法,这款碳化硅AR眼镜利用材料本身的性质,通过特殊设计,创新性地将镜片用于散热,大幅提高了散热效率。

随着这类创新性解决方案不断涌现,相信不久之后,我们将见证AR技术真正融入日常生活之中,开启一个充满无限可能的新时代。不论是教育、医疗、娱乐还是工业领域,AR眼镜都将成为连接数字与现实世界的桥梁。

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