Postępy w dziedzinie dyfrakcyjnych falowodów SRG stosowanych w okularach AI

W 2026 roku mają się pojawić kolejne wersje inteligentnych okularów, następców Ray-Ban Display firmy Meta, zaprezentowanych we wrześniu 2025 roku. Analityk technologiczny Thomas Bithell omawia kilka kluczowych osiągnięć w dziedzinie technologii falowodowej, które umożliwiają tworzenie inteligentnych okularów AR charakteryzujących się niewielką wagą i dłuższą żywotnością baterii. IDTechEx prognozuje, że do 2036 roku sprzedanych zostanie 35 milionów par okularów smart AR rocznie.

Do zapewnienia okularom inteligentnym z AI funkcji rzeczywistości rozszerzonej (AR) niezbędne są falowody optyczne, czyli struktury materiałowe, których zadaniem jest propagacja fal elektromagnetycznych z zakresu światła (widzialnego, podczerwieni lub ultrafioletu) wzdłuż określonej ścieżki. Falowody typu Surface Relief Grating (SRG) to jedna z kilku technologii optycznych opracowywanych z myślą o inteligentnych okularach AR. Raport IDTechEx „Optics for Virtual, Augmented and Mixed Reality 2026-2036: Technologies, Players and Markets” przedstawia kluczowe trendy rynkowe w zakresie urządzeń rozszerzonej rzeczywistości (XR), uwzględniając różne opcje technologii optycznych, działania graczy rynkowych, wskaźniki porównawcze oraz szczegółowe prognozy rynkowe.

Szerokie pole widzenia obrazu cyfrowego przy niewielkiej grubości

Falowody SRG zapewniają szerokie pole widzenia obrazu cyfrowego, jednak mimo ostatnich ulepszeń ich wydajność optyczna prawdopodobnie zawsze będzie niższa niż w przypadku falowodów odbijających. Należy je oceniać w kontekście ostatecznego zastosowania, ponieważ często trzeba zoptymalizować różne czynniki jednocześnie i pójść na kompromis w zależności od tego, co jest najważniejsze w konkretnym przypadku. Na przykład, gdy najważniejsza jest żywotność baterii lub użytkowanie na zewnątrz, wydajność optyczna może być ceniona bardziej niż pole widzenia lub grubość i waga falowodu. Ponadto falowody muszą być współoptymalizowane z silnikiem świetlnym (projektorem), zwykle umieszczonym w oprawie okularów, aby zapewnić najwyższą wydajność w końcowym urządzeniu.

W swojej najprostszej formie falowody SRG najpierw odbierają światło emitowane przez projektor, które pada na element optyczny zawierający strukturę siatki powierzchniowej. Struktura ta rozprasza światło do falowodu. Następnie światło odbija się w falowodzie poprzez całkowite wewnętrzne odbicie, zanim dotrze do kolejnego elementu optycznego z siatką powierzchniową, który rozprasza światło i obraz do oka. Umożliwia to użytkownikowi widzenie obrazu generowanego cyfrowo, a jednocześnie postrzeganie świata rzeczywistego.

Budowa falowodu dyfrakcyjnego z siatką reliefową (SRG)

Istnieje szeroka gama struktur siatek, które można użyć w falowodach SRG, a ich dostosowanie może przyczynić się do poprawy takich parametrów, jak wydajność optyczna oraz ograniczenie świecenia oczu. Struktury można optymalizować poprzez zmianę kąta nachylenia i proporcji. Mogą one mieć charakter binarny, jak te stosowane w przeszłości przez firmy Meta i WaveOptics, lub analogowy, wykorzystywane przez Magic Leap. Firmy zajmujące się falowodami SRG prawdopodobnie badają szeroką gamę architektur siatek, aby zoptymalizować swoje produkty pod kątem ostatecznego zastosowania.

Materiały i techniki produkcji

Podstawowym podłożem jest często szkło lub polimer, chociaż można stosować zaawansowane materiały, takie jak węglik krzemu. Struktura siatki tworzona jest za pomocą litografii nanoimprintowej, zazwyczaj przy użyciu żywicy o współczynniku załamania światła wynoszącym około 1,5, choć można stosować również wartości do 1,9. Takie podejście powoduje powstanie warstwy resztkowej żywicy na podłożu falowodu, co może powodować niepożądane odbicia, które ograniczają pole widzenia urządzenia końcowego. Kluczowe jest uzyskanie jak najcieńszej warstwy. Alternatywnym podejściem może być osadzanie warstw atomowych, a następnie trawienie, co spowoduje powstanie siatki o współczynniku załamania światła wyższym niż podłoże.

Falowody SRG są bardzo konkurencyjne wśród innych technologii optycznych AR. W połączeniu z falowodami odbijającymi będą stanowić ponad 70% rynku optyki do inteligentnych okularów w 2036 r. Oczekuje się, że inne technologie, takie jak łączniki typu birdbath, będą stanowić niszę. W całym okresie prognozy udział falowodów polimerowych w stosunku do szklanych będzie stale rosnąć.

Źródło: IDTechEx