单片眼镜实现全彩显示：亚毫米级波导技术缩小AR眼镜体积

增强现实（AR）眼镜商业化的主要障碍之一在于波导技术。在AR光学系统中，镜片本身也充当"光线高速公路"，将虚拟图像直接引导至用户眼睛。由于色散问题，传统设计需要为红、绿、蓝光分别设置独立的波导层——三至六层堆叠的玻璃片——不可避免地增加了重量和厚度。

浦项科技大学的Junsuk Rho教授团队通过开发一种在单层玻璃中处理所有颜色的消色差超光栅，消除了多层结构的必要性。其核心是一系列纳米级氮化硅（Si₃N₄）微柱，这些微柱的几何结构通过随机拓扑优化算法进行精细调谐，以实现最大效率的光线控制。

实验中，研究人员使用500微米厚的单层波导产生了生动的全彩色图像——厚度仅约人类头发直径的百分之一。同时实现了9毫米的舒适眼动范围，确保用户眼球轻微移动时图像仍保持清晰。

新设计消除了色彩模糊现象，并在亮度和色彩均匀性方面超越多层光学结构。这项技术一旦商业化，可使AR眼镜变得与普通眼镜同样轻薄，通过简化制程降低佩戴者疲劳度并削减生产成本。真正面向日常应用的AR时代更近一步。

"这项工作是下一代AR显示器的关键里程碑，"Rho教授表示。"结合可扩展的大面积制造工艺，它使商业化触手可及。"

本研究由浦项科技大学Junsuk Rho（通讯作者）、Seokwoo Kim、Joohoon Kim和Seokil Moon共同完成，合作机构包括浦项科技大学机械工程系、化学工程系、电气工程系、融合生物科学与生物工程研究生院，以及三星研究院视觉团队。成果于2025年4月30日在线发表于《自然·纳米技术》。研究获得浦项控股集团N.EX.T Impact计划、三星研究院、韩国产业通商资源部炼金术士项目、韩国科学技术信息通信部全球融合研究支持计划及中坚研究员计划支持。