發(fā)布會現(xiàn)場展示的概念A(yù)R眼鏡
人類技術(shù)的歷史，或許可以看成是一個不斷尋找“外掛”的過程。
對人類至關(guān)重要的火，像是一個外掛的消化系統(tǒng)，讓我們可以將更多能量供應(yīng)給大腦；誕生于19世紀(jì)末的無線電，像是外掛的聲帶，讓我們可以把聲音以光速傳遍地球。
而AR（Augmented Reality，增強現(xiàn)實）,無疑是人類眼睛的外掛，它連接了虛擬與現(xiàn)實，改變了人類觀看世界的方式。
只是，從本世紀(jì)初露面至今，它的發(fā)展有點跟不上人們的期待，有人決心給這個“外掛”加一點助力。
9月24日上午，由西湖大學(xué)未來產(chǎn)業(yè)研究中心孵化的慕德微納（杭州）科技有限公司，宣布實現(xiàn)AR眼鏡關(guān)鍵技術(shù)突破。
他們用碳化硅代替?zhèn)鹘y(tǒng)的玻璃或樹脂鏡片，打造出極致輕薄的碳化硅AR鏡片——單片重2.7克，厚度僅0.55毫米——比你平時戴的太陽鏡還要薄。并且，它還實現(xiàn)了大視場角的單片全彩顯示，以及消除了傳統(tǒng)AR眼鏡“彩虹紋”干擾問題。
這將顛覆AR眼鏡的設(shè)計形態(tài)，讓它加速“飛入尋常百姓家”！
AR眼鏡鏡片的這一次技術(shù)突破，首先源自于碳化硅。碳化硅是什么？為什么會選擇它做鏡片？
故事要從很久以前說起。
1893年，法國科學(xué)家亨利·莫桑從美國亞利桑那州隕石坑樣品中找到一種晶體，并明確了它由碳和硅構(gòu)成。為了紀(jì)念亨利·莫桑，碳化硅也被稱為莫桑石。
沒錯，碳化硅就是年輕人喜歡的那個莫桑石。它比鉆石擁有更高的折射率和光澤，純凈又透明，象征了人們對愛情的期許，很多時候被當(dāng)作鉆石平替。
上世紀(jì)中葉，隨著理論和技術(shù)研究的突破，碳化硅開始作為重要的半導(dǎo)體材料登上舞臺，并逐漸成為第三代半導(dǎo)體材料的代表，在新能源汽車、通訊設(shè)施、太陽能電池等領(lǐng)域閃閃發(fā)光。
相比目前硅器件的溫度極限是300攝氏度，碳化硅器件可以做到600攝氏度；碳化硅器件具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率，能經(jīng)受的電頻頻率是硅器件的十倍，且能量損耗更低；碳化硅還具備高熱導(dǎo)率的特性，有助于器件快速降溫。
但如此優(yōu)秀的它，在自然界卻存量稀少，多見于隕石。4.9萬年前亞利桑那州那次撞擊，幾十萬噸的鎳鐵隕星以6.4萬公里的時速撞擊地球，才有了碳化硅，可想而知這位“天外來客”生成條件的苛刻。
所以，人類生產(chǎn)碳化硅的成本自然不會低。在2300攝氏度的高溫爐中，大約7天時間只能生長出2厘米厚的碳化硅晶錠，堪比太上老君的煉丹爐。
而煉成之后，因為近似鉆石的硬度，碳化硅的切割加工也十分困難。
事實上，慕德微納的技術(shù)源頭——西湖大學(xué)仇旻實驗室——最初關(guān)注到碳化硅，正是因為受托解決碳化硅切割的難題。他們利用激光加工技術(shù)，“以光擊石”，就能一層層剝離碳化硅晶錠，極大地提升了加工效率和材料利用率，從而降低碳化硅成本。
在這個過程中，研究人員關(guān)注到碳化硅另外一個“本領(lǐng)”——高達(dá)2.65的折射率。原本，用于半導(dǎo)體器件的碳化硅，為了導(dǎo)電，需要摻雜其他物質(zhì)，材料會呈現(xiàn)黃綠色，而高純碳化硅其實是無色透明的。
仇旻和團隊在實驗室
仇旻實驗室的另一個稱呼是“納米光子學(xué)與儀器技術(shù)實驗室”，對這群出身光學(xué)的人而言，透明的、高折射率的東西，在他們眼里都是一種優(yōu)秀的光學(xué)材料。如果將碳化硅應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域，將會發(fā)生什么？
他們著手做了一系列測試，比如做一個簡單的光路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超出預(yù)期。
因為高折射率，單層碳化硅波導(dǎo)理論上能夠支持大于80°的全彩成像，相比之下，傳統(tǒng)高折射率玻璃由于材料限制，單片能夠提供的最大全彩色視場角不超過40度。更大的視場角意味著更好的沉浸感和體驗。無論是游戲中的奇幻場景還是工作中的數(shù)據(jù)可視化，都將帶來前所未有的視覺盛宴。
這無疑是“天外飛石”帶來的技術(shù)“誘惑”，而團隊負(fù)責(zé)人仇旻決心讓碳化硅釋放出另一種光彩。
衍射光波導(dǎo)原理展示
不同形態(tài)的光柵設(shè)計
接下來解決彩虹紋問題。研究人員通過對光柵結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計、更高的加工精度，幾乎避免了環(huán)境光衍射進人眼可視范圍內(nèi)的問題，為用戶提供了一個干凈清晰的畫面。
全彩顯示的碳化硅AR（左）與普通高折玻璃AR（右）對比示意圖。碳化硅AR具有輕薄、無彩虹紋、單片全彩和優(yōu)異的散熱性能
原文始發(fā)于微信公眾號（西湖大學(xué)WestlakeUniversity）：首發(fā)！“西湖制造”實現(xiàn)AR眼鏡關(guān)鍵技術(shù)突破
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