单镜片全彩显示：亚毫米级波导技术实现AR眼镜小型化

AR眼镜商业化的主要障碍之一是波导技术。在AR光学系统中，镜片本身也充当"光路通道"，将虚拟图像直接传导至用户眼睛。由于色散效应，传统设计需要为红、绿、蓝光分别设置独立的波导层——即三至六层堆叠的玻璃片——这不可避免地增加了设备的重量和厚度。

浦项科技大学（POSTECH）的Junsuk Rho教授团队通过开发出能在单层玻璃中处理所有颜色的消色差超构光栅，消除了多层结构的需求。其核心是由氮化硅（Si₃N₄）纳米柱组成的阵列，这些纳米柱的几何结构通过随机拓扑优化算法进行精密调控，以实现最高效率的光线操控。

实验中，研究人员使用500微米厚（约为人发直径的百分之一）的单层波导生成了鲜艳的全彩图像。同时实现了9毫米的舒适视窗范围，确保即使用户眼球轻微移动，图像仍能保持清晰。

新设计在消除色彩模糊的同时，其亮度和色彩均匀性均超越多层光学结构。该技术一旦商业化，可使AR眼镜达到普通眼镜的轻薄程度，通过简化制造工艺降低佩戴者疲劳度并削减生产成本。真正日常化AR时代更近一步。

"这项研究标志着下一代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机械工程系、化学工程系、电子工程系及跨学科生物科学与生物工程研究生院，与三星研究院视觉团队合作完成，通讯作者为Junsuk Rho教授，共同作者包括Seokwoo Kim、Joohoon Kim和Seokil Moon。成果于2025年4月30日在线发表于《自然·纳米技术》。研究获得POSCO Holdings N.EX.T Impact项目、三星研究院、韩国产业通商资源部炼金术计划、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。