深圳墨思维尔科技有限公司CTO张秦博在2025中国国际Mini/Micro-LED产业技术峰会上发表《新一代超表面光波导 加速AR显示技术革命》主题报告。

眼镜形态的可穿戴智能设备，目前正在面临全新的市场机遇！

最初的音频眼镜，仅具有听歌、通话等简单音频功能，不具备非常高的智能功能，这个阶段的市场验证是，用户对于可穿戴设备的认可度和接受度比较高。

第二个阶段是以Meta和雷朋眼镜合作的AI眼镜为代表，这款合作眼镜在语音功能基础上加入了摄像头，同时还接入了Meta自身的语言大模型，可以支持AI识别以及一些拍照和录视频的功能，这款眼镜销量达到了200万部，也证明了AI智能眼镜设备市场非常广阔。

墨思维尔公司瞄准第三阶段：AR显示+AI智能眼镜的时代。在AI眼镜的基础上，加上AR显示功能，可以实现多模态的感知以及实时的交互和显示，这样可以真正打造虚实融合交互的新形式。墨思维尔认为，这就是真正创新的主战场，也是许多公司新的机遇。目前，中国市场提供了完整的消费电子的供应链，也有蓬勃发展的AI大模型，再加上不断发展的光学显示技术，为AR+AI智能眼镜提供了非常丰富的发展土壤。

AR设备有两个核心的功能，一是形态，二是体验。作为要戴在鼻梁上的设备，希望设备轻便、无感，同时作为一个显示的设备，希望显示功能强劲，沉浸感强。目前有两个解决的方案。以苹果的Vision Pro作为代表的视频透视设备 ，通过摄像头捕捉周围环境，再通过眼镜内部的微显示屏将环境还原出来。这个方案虽然提供了非常好的显示效果，但是由于设备本身太过庞大和笨重，佩戴时间不能太长，长期使用的舒适度也很低。还有以BB（Birdbath）主导的光学透视方案，目的是将Vision Pro VR的形式缩小到眼镜的形态，但是为了达到很好的显示效果，对于环境光的透过率非常低，仅仅只有10%，外观也因此要折中，所以外观不是非常美观，作为一个眼镜其视频功能也不太能满足。

Meta推出的产品比较符合我们对于AR智能设备的期待，但是还是会面临成本非常高无法实现量产的问题，同时仍然也被传统的光波导光学结构所限制，仍然存在漏光以及色差的问题。但是，Meta这样的方向也指明了光波导确实是实现小型化、轻量化、AI显示最佳的光学技术，这个眼镜仍然有一些缺点，但这些也给带来很多的创新和发展的空间。

接下来看AR 光波导的工作原理与核心矛盾。AR光波导需要超小型的光机，从光机发出光，入射到光波导耦入光栅，耦入光栅会将入射光衍射并在光波导进行内旋再反射传播。我们在光波导内再设计一系列的转折光栅，可以对波导进行一维的扩统，在内旋反射传播到耦出光栅，最后被人眼所看到，这里面的每一环都至关重要，环环相扣。光机需要高亮度、小体积，高效率，也要有很高的均匀性。波导要能让更多角度的光进行内旋反射，我们最后希望的是有很大的显示，由于传统光圈的限制目前面临不可能的三角形，如果要实现全彩的显示就无法获得很大的视场角和非常轻量的设计，如果需要很轻量的眼镜就无法获得比较好的全彩效果，以及视场角也会受限。

目前，传统的光波导面临一些问题。

• 色差的问题。由于传统衍射光栅的限制，不同波长的光入射到光栅时会产生不同的衍射角，这个角在波导内进行多次的内旋反射之后，色差会不断放大，最后到耦出光圈时，衍射的均匀性就会得到非常大的影响。为了解决衍射光栅对于不同波长光衍射角不同的问题，有的企业使用三层的波导，分别传输红绿蓝三色光，以获得全彩和大视场的体验。三层波导的问题，一是镜片厚度非常厚，同时加工成本也成倍提升，需要非常好的对准精度，三层的波导也对对比度、清晰度造成一定的影响。

• 视场角的限制。光需要在波导内进行内旋反射的传播，波导的折射率是影响可传输角度非常大的因素，因此限制视场角第一个因素就是波导的折射率，同时由于传统的波导无法消除色差，红光和蓝光两个波长相距比较大的光在波导内的传播角度，同时也要被考虑进去。在色差影响下，波导的视场角限制在20度以内，能够将色差消除的话，将波导的视场角由20度可以突破到60、70度。

• 效率和均匀性。无法避免入射光可能会和耦入光栅进行多次的入射，当入射光第二次与耦入光栅接触的时候，有很大一部分能量就会漏出光栅，导致在耦出光栅的均匀性得到非常大的影响。

• 彩虹效应。环境光打到耦出光栅时，会在人眼中呈现一些彩虹的纹路，这样非常影响用户的观看体验，同时，耦出光栅的漏光问题，不可避免一些光耦出到环境之中，被外界的人看到，这样对眼镜的美观度和隐私有一定的影响。

当我们意识到传统光栅有如此多的问题，墨思维尔不打算继续在传统光栅上研究，瞄准的是超表面的结构，通过超表面结构，希望能够突破传统光栅的一些限制。

• 传统光栅由于结构比较有限制，在优化的时候，设计的参数非常有限，墨思维尔使用超表面光栅的时候，就有更多的优化参数可以选择，多种参数配合，可以满足更高的设计要求。

• 传统光栅的视场角由于存在色差的问题，传统光栅的单片全彩的视场角被限制在30度以内，如果使用超表面的光栅，可以将视场角突破到60度以上。

• 传统的光栅由于无法消除色散，如果要实现全彩显示必须要堆叠多层的波导，超表面光栅将色差消除之后可以使用单片波导实现全彩的高保障显示。

• 传统的光栅效率比较低，不仅是光栅的效率低，为了配合全彩显示，为了减轻色差的影响，光机部分也需要对应调整每个红绿蓝三个亮度，也能得到比较好的色彩显示。如果使用超表面光栅将色差消除之后，光机的性能也能得到全面的释放。

• 彩虹效应方面，在实现大视场角的情况下，传统光圈会有非常严重的彩虹效应，超表面经过参数的优化之后，可以将非常好地控制彩虹效应。

• 最后就是漏光的影响，我们在设计中可以考虑进去，将超表面光栅这一系列的技术积累，从量变到质变，最终的眼镜形态可以拥有更轻薄的形态，更长的续航以及更低的成本，真正的为沉浸式的AI体验带来可能。

拓扑优化算法也是墨思维尔一项核心的技术力。传统的光栅设计需要使用参数扫描以及经验计算的方法设计光栅，而墨思维尔使用的是自研的逆向优化办法，通过一次正向的传播以及一次逆向的伴随优化，可以轻松得到空间内每一个位置对于整体光学结构的影响，同时再加入多目标优化，同时优化视场角、色差、效率，多个参数同时进行，最后在迭代中还要加入尺寸的制约，使超表面光栅能够可加工，最后设计出来的光栅最小线宽大概在60nm左右，完全符合现在工业的设计最小线宽。

墨思维尔目前的第一代产品在耦入端使用的是超表面的光栅设计，消除了色差之后，红绿蓝三色光可以在波导内以精确的位置进行传输，当传出到耦出光栅之后，三色光也会以精确的位置出色并且合色。墨思维尔有三项突破：一是消除了显示色差，二是突破传统光栅所达不到的视场角，三是单片中实现全彩的显示。

来看传统的光栅显示效果和超表面光栅的显示效果对比。传统的显示光栅在显示纯白文字，周边会存在色彩的失真，视场角非常受限，影响沉浸感。传统的光栅目前已经达到优化的极限，它的迭代速度慢慢降下来。超表面光栅消除了色差得到了非常好的均匀全彩显示，同时也突破了传统光栅的视场角的限制，也建立了非常好的技术代差，超表面光栅是领先行业至少一到两年。墨思维尔自研的算法可以帮助自身产品进行快速的迭代。

2025年是墨思维尔的创业元年，主要任务是完善拓扑优化算法，继续迭代研发超表面光波导。希望在2026实现初步的小规模量产。也期待与战略伙伴进行密切的合作，将墨思维尔的技术优势转化为产品优势，在2027年能够达到行业领先的水平，建立品牌的影响，同时参与制定行业的标准，为光波导提供一套完整的解决方案。