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AR眼镜发展现状
2024年中国消费级AR眼镜销量达28.4万台，同比增长25%。CES 2025共展出47款AR/AI眼镜，其中国内品牌雷鸟、XREAL、Rokid等的硬件性能与生态合作（如影视、游戏IP）领先全球；国际巨头Meta、苹果、谷歌、华为等加速AR技术研发，截至 2025 年 2 月，Meta第二代Ray-Ban眼镜出货量已累计超200万台。
据IDC预测，2025年全球智能眼镜出货量有望突破1000万副。随着端侧AI能力（如实时翻译、环境感知）与多模态交互（语音+手势）的完善，AR眼镜将向“下一代个人计算平台”演进，2025年后或迈入爆发式增长周期。表面浮雕光栅光波导（SRG）因轻薄、高透、清晰和大视场角的特点逐步替代Birdbath与自由曲面方案，成为AR眼镜镜片的主流方案。
AR眼镜，来源：雷鸟官网
表面浮雕光栅光波导（SRG）特点
表面浮雕光栅光波导（SRG）是借助衍射原理，使光线通过表面浮雕光栅被精细地分束并耦入波导片。在波导片内部，光线经过全反射后，再由表面浮雕光栅耦出，直接进入人眼。衍射光波导利用透明镜片的全反射特性，将光束束缚在镜片内部传导，并通过周期性光栅结构实现光束的偏折、扩展和出射，结合衍射光学与几何光学原理，通过纳米级光栅结构实现光线的精准控制。
衍射光波导工作原理，来源：Digilens
光波导作为AR眼镜的核心器件，其加工技术一直是AR产业重点关注的问题。表面浮雕光栅光波导（SRG）因其轻薄、高透和大视场角特性，被微软、Meta等头部品牌所采用，已成为消费级AR设备主流方案。并且表面浮雕光栅光波导（SRG）凭借其光学性能与量产潜力，已成为AR显示升级的关键路径，未来将在轻量化、全彩化及成本优化方向持续突破。下面带大家一起了解几种主流的表面浮雕光栅光波导（SRG）的实现方案。
表面浮雕光栅光波导（SRG）实现方案
一、光刻+干法刻蚀工艺
光刻+干法刻蚀工艺是成熟的传统微纳结构加工工艺，会根据产品上不同微纳图案的最小尺寸选择不同的光刻设备。衍射光波导的光栅尺寸处于50-500nm量级，传统的紫外激光直写设备难以达到这个分辨率，AR行业通常使用电子束曝光（EBL）、深紫外曝光（DUV）等光刻方式进行光栅图案的加工。干法刻蚀则通过等离子体（ICP）或离子束（RIBE）轰击基底表面，选择性去除未被光刻胶保护的基底材料，实现基底表面图案化，干法刻蚀（ICP或RIBE）能确保图案的大面积均匀性和陡直侧壁。光刻+干法刻蚀工艺是在高折基底上直接加工光栅，组成光栅的材料为玻璃、陶瓷或者氧化物等高折材料，能够制造出折射率RI超过2.0的光栅，不受高折胶折射率的限制，因此使用刻蚀工艺加工的光波导一般具有较好的环境可靠性，并且光栅精度较高，光刻+干法刻蚀工艺通常用于高端的光波导。
（一）电子束曝光（EBL）+干法刻蚀工艺
电子束曝光（EBL）是一种利用聚焦电子束直接在光刻胶表面绘制纳米级图形的加工工艺，可实现线宽小于40nm的结构，满足光栅结构的加工要求。从技术层面来说，以高折射率材料（如高折玻璃、铌酸锂或碳化硅等材料）作为基底，电子束曝光（EBL）+干法刻蚀工艺可以进行光波导光栅结构的加工。但由于电子束曝光（EBL）的工作模式为逐点扫描，导致其加工速度慢，加工成本极高，因此该工艺很少用于直接加工光波导产品，而是多用于制作纳米压印过程中使用的光波导模板（注：此时的基底多选择带有镀膜层的硅片或石英片）。
电子束曝光（EBL）+干法刻蚀方案是在基底表面沉积掩膜层（如二氧化硅或金属掩膜层），用于后续光栅加工调制，进一步在掩膜层表面旋涂EBL光刻胶，通过电子束直写曝光纳米级光栅图案，显影后，利用干法刻蚀（ICP或RIBE）将光刻胶图案转移至基底，形成表面浮雕光栅，最后通过氧等离子体或湿法刻蚀去除残留光刻胶和金属掩膜层，最终得到可以用于大规模复制的表面浮雕光栅光波导（SRG）模板。
EBL设备，
来源：Elionix
EBL+干法刻蚀工艺流程，
来源：C Lighting公众号
在模板制作过程中，利用电子束曝光（EBL）的直写特点，通过分区域光刻+RIBE定向刻蚀，配合多次光刻以及掩膜层的使用，可以在同一片wafer上完成直齿、斜齿、闪耀、菱形等多种光栅齿形的加工。
（二）深紫外曝光（DUV）+干法刻蚀工艺
深紫外曝光（DUV）+干法刻蚀工艺是传统微纳结构加工领域采用的先进且成熟的加工工艺，AR行业对微纳图案的最小加工精度要求略低于传统微纳结构加工领域，因此深紫外曝光（DUV）+干法刻蚀工艺的加工能力能完全满足SRG的加工需求。
深紫外曝光（DUV）是一种采用波长为193nm/248nm深紫外光源的曝光设备，配合掩膜版（Mask）对基底表面的ArF/KrF光刻胶进行投影式曝光。DUV+干法刻蚀方案是采用高折射率材料（如高折玻璃、铌酸锂或碳化硅等材料）作为光波导基底，先在基底表面沉积掩膜层，然后再在掩膜层表面旋涂ArF/KrF光刻胶，利用深紫外光并通过掩膜版（Mask）将光栅图案投射至涂覆光刻胶的基底表面，显影后，利用干法刻蚀（ICP或RIBE）将光刻胶图案转移至基底，形成表面浮雕光栅，通过氧等离子体或湿法刻蚀去除残留光刻胶和金属掩膜层。
DUV设备，
来源：ASML官网
DUV投影式曝光示意图，
来源：芯片技术与工艺公众号
深紫外曝光（DUV）为投影式大面积曝光，其曝光速度快，可进行大规模生产；每片Wafer上可排布多个光波导，极大提高了材料利用率和机台效率。受限于在大尺度上刻蚀斜齿齿形的均一性差，目前使用刻蚀方案进行大规模生产时，通常只加工直齿光栅。深紫外曝光（DUV）+干法刻蚀工艺加工的直齿光栅齿形精度高，侧壁陡直，表面粗糙度低。该方案最大的缺点是DUV设备昂贵且购买困难，且需要高精度掩膜版（Mask），加工成本较高。但由于该方案生产效率高，且加工的光波导齿形精度高，光栅材料不受折射率限制（可以达到RI>2.0），可靠性好等特点，成为了制备高端光波导的主流量产方案之一。
二、纳米压印工艺
传统微纳结构加工工艺的制备成本昂贵，出于降低成本的需要，因此衍射光波导的复制工艺随即被开发出来以便实现大批量生产，而这种大规模的制造工艺就是纳米压印技术（NIL）。纳米压印技术是一种基于机械压印原理的微纳结构复制技术，通过高精度模板将纳米级图案直接转移到树脂上。其基本原理是运用纳米图形模板压在胶体涂层上进行模压成型，实现纳米图形的加工。纳米压印先制作一个精密的模板（可以想象成印章），然后倒扣到涂层上，直接把想要的图案压出来。通俗来说，纳米压印更像是印刷或者盖章。
纳米压印工艺的核心流程包括模板制备、压印胶涂覆、机械压印（热压或紫外固化）、脱模及结构转移等步骤。纳米压印工艺包括热压法（T-NIL）、紫外线纳米压印光刻法（UV－NIL）。其中UV-NIL是表面浮雕光栅光波导批量生产中的最常用方法。
UV-NIL实施流程：首先通过光刻+干法刻蚀工艺将图案加工到硅晶圆或石英晶圆上以用作模板，并在模板上涂布模板树脂，通过纳米压印技术贴合软膜并进行UV固化模板树脂，分离模板后图案转移至软膜上，得到子版；然后在高折玻璃上涂布高折胶水，再次利用纳米压印技术将子版与高折玻璃表面的高折胶水贴合，利用UV光照射胶水实现秒级固化，脱模后带有光栅结构的高折胶水覆在高折玻璃表面，即为光波导产品。利用子版重复进行纳米压印即可高效、低成本批量地生产光波导产品。
NIL工艺流程图
纳米压印技术不受光学衍射限制，理论上可以实现亚纳米级别的分辨率，可在大面积基材上保持高精度的图形复制。而且，纳米压印技术可以实现直齿、斜齿、闪耀、台阶、菱形、一维渐变、二维渐变等几乎所有光栅齿形的加工，对于设计来说该方案具有极大的设计自由度来提升产品的光学性能。另外，可以通过拼版技术实现单片wafer上多Die排布，从而实现多Die压印，这极大提高了材料利用率和机台效率。NIL工艺主要缺点是高度依赖高折射率压印胶作为光波导的结构材料，但市场上高折胶的折射率普遍低于2.0，并且高折胶的可靠性较差，难以满足高端光波导的制造需求。各大压印胶供应商正努力开发更高折射率以及耐候性更优的胶水。
NIL工艺加工的几种典型光栅
相比光刻技术，纳米压印技术的成本更低，主要原因是纳米压印设备相对便宜且工序简单，更易于批量操作，已成为消费级AR眼镜的首选方案。不少科研机构和厂商都加大了纳米压印上的投入。除佳能之外，国外厂商如 EV Group、Nanonex Corp、Obducat AB、SUSS MicroTec 等公司也已推出纳米压印设备。国内也有不少厂商在纳米压印赛道上加紧布局，如青岛天仁微纳、苏州苏大维格、歌尔股份、苏州光舵微纳、昇印光电、新维度微纳等。
三、纳米压印+干法刻蚀工艺
纳米压印+干法刻蚀工艺采用低折射率树脂作为干法刻蚀的牺牲层；在纳米压印后，以压印胶的图案为掩膜，通过干法刻蚀将残胶层及硬质掩膜层穿透，并延伸至下方的基底层，进而得到下层材料的结构图案，刻蚀后通过氧等离子体处理和化学清洗去除残留聚合物及压印胶，完成结构制备。该方案支持多种高折基底材料（如高折玻璃、铌酸锂或碳化硅等材料），突破了传统压印胶的折射率上限。这种技术路线能够制造出折射率RI超过2.0的光栅，从而提升产品设计自由度。纳米压印+干法刻蚀工艺对光栅材料的选择性较广，可以是高折玻璃，也可以是基底表面各种高折材质的薄膜，产品有较好的可靠性。该工艺目前的难点是需要找到刻蚀选择比合适的高折材料和压印胶，以及控制刻蚀的参数调整光栅的齿形精度；另外，残胶的厚度和均一性对刻蚀的光栅质量影响较大。
NIL+Etch工艺流程图
纳米压印+干法刻蚀方案与传统光刻+干法刻蚀方案类似，只是将压印胶代替光刻胶，且无需复杂光学系统和高成本掩膜板，适合大规模量产。该工艺通过纳米压印与干法刻蚀的协同，实现了光波导的低成本、高精度制造，在衍射光波导等领域具有明确应用前景。此外，利用拼版技术可实现多Die纳米压印，并且可以同时进行多Die刻蚀，其生产效率不低于DUV+干法刻蚀方案，但加工成本远低于DUV+干法刻蚀方案。该方案主要用于加工直齿光栅，用于生产中高端AR眼镜。在高分辨率光刻设备购买受限的情况下，纳米压印+干法刻蚀工艺很大可能会成为未来中高端AR眼镜的首选方案。目前各大AR厂商正大力开发纳米压印+干法刻蚀工艺。
未来展望
从目前SRG的实现方案来看，都存在较为明显的缺陷。EBL+干法刻蚀方案能实现多种齿形加工，但无法实现量产；DUV+干法刻蚀方案和NIL+干法刻蚀方案能够实现高品质光栅的大规模生产。目前，直齿光栅的加工工艺已趋于成熟，但斜齿光栅和闪耀光栅在加工效率及齿形均匀性方面仍存在显著挑战；NIL方案能实现多种齿形的大规模生产，但高折胶的折射率和可靠性极大限制了NIL技术在AR上的发展。综合来看，衍射光波导想要进一步发展主要集中在wafer尺度上实现斜齿或者闪耀光栅的高效及均匀刻蚀，以及高折胶在折射率和可靠性上的突破。另外，多维度渐变齿高的设计越来越受关注，如何大规模加工多维度渐变齿高对于刻蚀工艺来说是另外一大挑战。
舜宇奥来技术多年来致力于表面浮雕光栅光波导（SRG）加工工艺的研发。目前已完全具备模板加工能力，能够自主加工直齿、斜齿、闪耀、菱形等多种齿形的光栅模板，以及实现部分光栅齿形的周期渐变和齿高渐变。奥来在NIL领域深耕多年，已积累较为完整的NIL工艺体系和材料体系；同时在NIL+干法刻蚀方面已形成较为成熟的解决方案，能够为客户提供多样的产品解决方案。相信在不久的将来，舜宇奥来技术会为表面浮雕光栅光波导（SRG）领域带来更多的惊喜与创新。
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