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摘要
激光显示因其卓越的亮度和色彩表现，尤其在增强现实（AR）等先进应用中，广受关注。然而，其广泛应用受限于笨重的投影仪设计和复杂的光学模块组装。在此，我们提出了一种新的激光显示架构，借助大规模可见光光子集成电路（PIC）来解决这些挑战。与传统的投影仪式激光显示不同，这种架构具有超薄的平面显示面板形式，使用单一高性能光子芯片替代了笨重的自由空间照明模块。厘米级的PIC设备将成千上万的独立光学组件集成在芯片上，经过精心设计，能够实现高显示均匀性、对比度和效率。我们展示了一种厚度仅为2毫米的平面激光显示，结合了PIC和液晶硅（LCoS）面板，相比传统的LCoS显示器，色域提升了211%，体积减少超过80%。我们还进一步展示了它在可透视AR系统中的应用。我们的工作代表了纳米光子学与显示技术集成的重大进展，为从高性能沉浸式显示到超薄面板3D全息显示等一系列新型显示概念的实现提供了可能。
划重点--设备制造与集成
光子集成电路（PIC）设备在200毫米（8英寸）CMOS代工厂中制造。制造过程首先使用200毫米硅（Si）晶圆，并涂覆2.5μm厚的热氧化物（SiO₂）层，接着沉积并图案化低压化学气相沉积（LPCVD）硅氮化物（SiN）层，作为核心波导。该图案化过程采用深紫外（DUV）光刻和反应离子刻蚀（RIE）技术。随后，在SiN上沉积一个隔离SiO₂层，并通过化学机械抛光（CMP）进行平坦化。接下来，通过原子层沉积（ALD）技术沉积铝氧化物（AlOx）并图案化形成光栅发射器。之后再沉积并平坦化另一层SiO₂。接着，沉积并图案化氮化钛（TiN），作为散射光和杂散光的吸收器。最后，沉积一层SiO₂在TiN上。设备层通过晶圆键合转移到石英基板上，随后去除硅承载晶圆。更多制造过程的细节可以参考附录部分1。
提供：
氮化硅光波导：核心波导
氧化铝光波导：光栅发射器
TiN结构：散射光和杂散光的吸收器
**6寸DUV--180nm--低损耗多层氮化硅和氧化铝光波导加工
*TiN的沉积和图案化
*包层的生长及平坦化
**键合后顶层硅衬底的去除（Si不透可见光）
**石英玻璃和光波导晶圆键合（Quartz--SiO2，亲水键合）
划重点--销售晶圆和加工
ALOOI晶圆；--氧化铝薄膜晶圆，键合工艺和镀膜工艺
TAOOI晶圆--氧化钽薄膜晶圆，镀膜工艺
SOI晶圆--硅光晶圆，键合工艺，可以定制
SINOI晶圆；--超低损耗氮化硅薄膜晶圆，，库存和定制
SICOI晶圆；新型量子光学平台，纯定制
6寸LTOI晶圆批量供应；铌酸锂的有力的竞争对手，薄膜钽酸锂晶圆
8寸LNOI晶圆;8寸LNOI助力更大规模薄膜铌酸锂产品量产
LN/LT-SOI/Si/SIN W2W&D2W异质集成
EBL和6寸 150nmDUV加工微纳结构
我们为客户提供晶圆（硅晶圆，玻璃晶圆，SOI晶圆，GaAs，蓝宝石，碳化硅（导电，非绝缘），Ga2O3,金刚石，GaN（外延片/衬底）），镀膜方式（PVD,cvd,Ald，PLD）和材料（Au Cu Ag Pt Al Cr Ti Ni Sio2 Tio2 Ti3O5，Ta2O5,ZrO2,TiN，ALN镀膜刻蚀,ZnO,HfO2。al2o3。更多材料），键合（石英石英键合，蓝宝石蓝宝石键合）光刻，高精度掩模版，外延，掺杂,电子束直写等产品及加工服务(请找小编领取我们晶圆标品库存列表，为您的科学实验加速。
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制造好的晶圆被分割成单个芯片，然后进行边缘抛光，以便进行光纤或直接激光耦合。将附着光纤的设备芯片对准并使用UV可固化环氧树脂将其粘合到商用LCoS面板上。一个带有压敏粘合剂（PSA）的薄膜反射偏振器被附着在PIC芯片的顶部，作为偏振分析器。为了进行增强现实（AR）演示，封装好的PIC-LCoS样品进一步与定制设计的投影镜头和几何波导合并器对准。（请参见附录部分7-9）
主文
在显示技术的历史上，从笨重的阴极射线管（CRT）显示器到紧凑的平面显示器的转变，标志着一个重要的转折点。近半个世纪以来，CRT主导了市场，直到基于LED的平面显示器的出现，推动了便携设备的浪潮，重塑了我们在日常生活中与视觉技术的互动方式——从电视到智能手机。今天，平面显示器无处不在，但下一步的飞跃——将激光技术集成到平面显示器中，以实现更高的亮度和更丰富的色彩——仍然是一个巨大的挑战。
与传统的基于LED的显示器相比，激光提供了更优越的亮度和色彩表现1。激光光的高方向性使得图像能够以高亮度进行投影，这也使得对于动态内容至关重要的低持久性显示成为可能。激光的狭窄光谱提供了更饱和的颜色，从而实现了更宽的色域。其偏振输出减少了在显示系统中具有偏振敏感组件的损失，提高了效率。这些特性对于沉浸式体验尤为重要，如增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和其他高性能显示系统。
图1. 平面激光显示的概念。（a）传统激光投影仪的示意图，采用自由空间照明。它包括激光光源、准直透镜、分色镜、光束整形元件、偏振光束分离器和显示面板。（b）所提议的平面激光显示示意图。使用光子集成电路（PIC）替代自由空间照明模块，并直接集成到显示面板上，实现紧凑的平面形式因子。（c-d）LED与激光照明的比较。（c）典型的LED光导照明器或背光使用多层扩散器和光滤波器来调整光的空间、角度、光谱和偏振特性，导致光学效率低。（d）PIC照明器通过在芯片上引导和调整光特性，消除了需要损耗的扩散器和滤光器。
然而，尽管具有这些优势，目前的激光显示大多局限于笨重的投影仪格式，例如用于电影院的激光投影仪2，其中使用复杂的光学系统将激光光传输到屏幕上。如图1a所示，典型的激光投影仪由多个光学元件组成，用于光束扩展、光束成形、色彩混合、偏振控制等功能。此外，激光光束的扩展需要一个大的自由空间传播区域，以覆盖大面积的显示区域。尽管已经做出多次尝试开发平面激光显示，但它们需要复杂的激光阵列3或低产率的制造方法4，这极大地限制了其性能和可扩展性。
将激光投影仪转变为平面显示器的挑战在于需要精确控制激光光。以基于LED的平面显示器为例，液晶显示（LCD）5采用了“扩散和过滤”的方法，其中光线首先通过在薄光导体中的随机散射进行均匀化，然后通过多个滤光层，如像素化色彩滤光片、偏振片和角度滤光片，来实现所需的光输出（图1c）。然而，这种方法不能轻易应用于激光显示，因为它会使激光的高方向性、偏振性和色彩纯度的优势丧失。相反，激光显示需要精确的光子传输，将光精确地指向所需的位置，并具有正确的空间、角度、光谱和偏振特性，以保持其性能优势。实现这种精度水平需要使用复杂的笨重光学系统，从而导致大型投影仪系统。
在此，我们提出了一种新的激光显示架构，采用超薄的平面显示面板形式（图1b），通过使用大规模的可见光光子集成电路（PIC）6-9，克服了激光显示在尺寸和性能之间长期存在的折衷问题。我们将成千上万种具有不同光学功能的元件集成在一个光子芯片上，精心设计以协调控制红色、绿色和蓝色（R、G、B）颜色通道，以满足先进显示应用的高需求。该PIC的功能类似于LCD中的光导——扩展光线并根据显示系统需求调整其空间、角度、光谱和偏振特性。然而，其工作原理截然不同：它采用“引导和选择”方法，而非“扩散和过滤”方法。光扩展通过芯片上的引导和分离来实现，而不是随机扩散；角度扩展通过工程化的光栅发射器来控制，而非光束成形滤光片；偏振性和色彩纯度得到保持，光线通过选择性耦合而输出，因此在照明端不需要额外的色彩滤光片或偏振片（图1d）。我们的架构还提供了新的功能，如根据需求调整整个显示面板的主射线角度（CRA），使得照明模块和光学系统可以协同设计，以实现最佳的整体显示效率。PIC设备的制造基于标准的CMOS兼容工艺，使其具有大规模生产的可扩展性。激光与PIC的集成10,11，已经在电信行业中得到应用，也可以适用于可见光领域。
我们的PIC照明架构为现有和新兴的显示技术提供了一个多功能平台。它兼容多种显示面板，包括液晶显示器（LCD）5、液晶硅显示器（LCoS）12、数字光处理显示器（DLP）13，并且应用范围广泛，从智能手机显示器到AR眼镜14，再到新兴的全息显示器15-21。作为概念验证，我们在此展示了基于PIC和LCoS的平面激光显示，用于AR应用，其中紧凑性、高效率和高亮度是至关重要的。
显示架构
图2.（a）平面激光显示堆叠的示意图。PIC放置在液晶硅（LCoS）显示面板和偏振器之间。它将激光输入扩展到一个区域以照亮LCoS面板。然后，LCoS反射光并在空间上调制其偏振，通过偏振器后转换为强度调制。（b）液晶（LC）层的偏振旋转。在暗态下，当电压施加时，液晶分子垂直排列，并且不会显著改变入射光的偏振。因此，大部分反射光被交叉偏振器阻挡，形成黑暗显示区域。在亮态下，当不施加电压时，液晶分子自然形成扭曲结构，反射时将入射光的偏振旋转90度，这使得光可以通过偏振器，从而产生亮态。（c）PIC布局的示意图。（d）光栅发射器的放大视图。红、绿、蓝（R, G, B）发射器并排放置，共享相同的核心和光栅层。对于每个发射器，横跨核心波导的槽是短的像素化光栅，用于光提取。光栅的间距决定了发射方向，光栅的长度决定了发散角。与核心波导平行的槽是阻抗匹配结构，位于相邻发射器之间，以最小化散射损耗。（e）PIC堆叠的截面视图。它由一个50纳米的SiN核心，一个170纳米的SiO2间隔层和一个55纳米的AlOx光栅层组成。核心波导的宽度和光栅的间距分别针对红、绿、蓝进行了优化。（f）200毫米直径PIC晶圆的光学图像。（g）设备在晶圆转移到玻璃基板之前的光学图像（参见方法）。(h) 跨层堆叠的SEM图像。（i）Y分离器的SEM图像。
所提议的平面激光显示采用非发光显示配置。平面显示器通常分为两类22：发光显示器，如OLED，它们从每个像素直接生成光；以及非发光显示器，如LCD，它们的像素依赖外部照明，而不是自行发光。在这里，我们选择非发光配置，以避免在密集的微米级像素格栅上集成和控制大量激光二极管的复杂性。非发光显示器中有三个关键模块：光源、照明单元和光调制装置。我们在这里使用红色、绿色和蓝色（R、G、B）半导体激光二极管；一个PIC光源；以及一个颜色顺序的LCoS显示面板（图2a）来展示这一概念及其在AR眼镜中的应用。显示堆栈如图2a所示。PIC设备放置在LCoS盖板玻璃上方，并在PIC设备的顶部覆盖偏振膜以形成图像。LCoS是一种反射型显示，它通过改变每个像素的液晶取向来调节偏振光（图2b）。通过偏振过滤器，偏振膜将调制后的偏振光转化为调制后的光强，从而形成图像。为了最大化显示分辨率，我们使用了没有R、G、B子像素的颜色顺序LCoS——完整的彩色图像通过快速连续显示R、G、B颜色通道来创建。为了快速原型开发，使用了现成的光纤耦合激光器，这些激光器通过单根光纤连接到PIC设备。激光器与PIC的直接边缘耦合或翻转芯片键合以及芯片上的颜色混合过程，详见附加部分3。
显示操作从R、G、B激光二极管的光生成开始，这些激光二极管依次与LCoS颜色帧过渡同步打开。每个激光器的操作具有特定的脉冲宽度和占空比，以优化光谱和激光墙插效率（WPE）。为了最小化设备的占地面积，我们首先将RGB颜色进行合并，无论是在芯片上还是芯片外，并使用共享的级联Y分路器进行扩展（图2c）。在光束扩展后，白光通过相同设计的粗波长复用器（CWM）以反向方向将其分离回R、G、B颜色。在这里，需要进行颜色分割，以便单独控制R、G和B的发射特性。在发射区域，光通过像素化光栅耦合器阵列提取（图2d）。每个光栅发射器的设计长度为1~2微米，以产生有限的衍射圆锥角度，这可以与观看光学系统的数值孔径（NA）匹配（图2d，2e）。发射区的面积相比LCoS面板的有效区域稍大，以避免在边缘出现亮度衰减。最后，照明光在LCoS面板反射后被调制，并通过偏振膜形成图像。图2f-i分别展示了晶片的光学图像、PIC堆栈和Y分路器的SEM图像。有关PIC制造过程的更多细节，请参见方法部分和附加部分1。
设计原理
图3. （a）关键显示性能因素及相应的PIC设计空间。（b）模拟光栅强度作为SiO2间隔层厚度ts的函数，分别针对R、G、B。SiN核心厚度和AlOx光栅层厚度分别固定为50 nm和55 nm。（c）模拟亮度均匀性、颜色均匀性和光提取效率作为ts的函数。绿色阴影表示亮度均匀性的允许范围，Min/Max > 0.8。橙色阴影表示颜色均匀性的允许范围，𝛥𝑢′𝑣′ < 0.01。（d）制造的PIC照明器的测量均匀性图。设备尺寸为6毫米×4毫米。（e）PIC发射器的放大图。（f）光栅发射器的示意图。（g）模拟的远场强度分布图，针对Y偏振（垂直于偏振器传输轴）。（h）模拟的远场强度分布图，针对X偏振（平行于偏振器传输轴）。（i）灰线：模拟的偏振消光比（PER）作为光收集半角的函数。红色星标：在11度半锥角下测量的PER。（j）模拟的衍射效率进入鬼阶。
我们的设计精心管理了四个关键性能指标之间的权衡：均匀性、偏振消光比、透明度和效率，这些直接对应于显示性能的关键因素：显示均匀性、对比度、鬼影和功耗（图3a）。这里的均匀性包括亮度和颜色。
一个重要的权衡是在亮度均匀性和光提取效率之间：较强的光栅提高了光提取效率，但由于沿波导的强度指数衰减，会降低均匀性。为了解决这个问题，我们引入了一种新颖的光学电路设计——波导电路的空间交错。如图2c所示，光在芯片上被分离，并通过两组Y分路器从相反方向馈入。这产生了补偿效应，尽管每个方向的强度会单调衰减，但依然保持了均匀的照明（图3a）。
我们通过优化PIC层堆栈和每种颜色的光栅强度来实现高颜色均匀性。根据Born近似，光栅的耦合效率与光栅结构上的模式强度成正比。因此，要实现良好的颜色均匀性，需要使R、G和B的光栅效率相匹配，这反过来要求工程化地调整它们的模式剖面。为了实现这一点，我们采用了三层PIC设计——光栅图案化在铝氧化物（AlOx）层中，位于硅氮化物（SiN）核心波导层上方，二者之间有一层硅二氧化物（SiO2）隔离层（图2d，2e）。与传统的直接波导刻蚀相比，三层堆栈提供了更多的设计自由度，可以根据波长调整模式和光栅的相互作用。
图3b-c展示了均匀性与效率之间的权衡，重点展示了隔离层厚度ts的影响。根据显示行业的惯例，亮度均匀性通过最小/最大亮度比定义，必须超过80%。颜色均匀性通过𝛥𝑢′𝑣′（偏离白点的程度）23来衡量，必须保持低于0.01。可以明显看出设计中的权衡：效率和亮度均匀性与ts呈相反趋势，而颜色均匀性在ts约为200 nm时达到优化。在我们的设备中，我们选择了ts = 170 nm，因为它在满足均匀性要求的同时，还能实现高达60%的光提取效率。关于均匀性的进一步优化权衡，更多细节讨论见附加部分3和4。
偏振消光比（PER）是显示对比度的关键，通过使用单模波导和偏振选择性光栅来优化。如图3a所示，照明光的偏振设计为与偏振器的传输轴正交。任何交叉偏振都会导致暗态光泄漏，从而降低显示对比度。我们通过仔细确保波导和光栅耦合器具有高偏振选择性，在模拟中实现了超过10,000:1的轴向PER（图3i）。需要注意的是，在倾斜角度下，PER会下降，造成对比度与光学系统数值孔径（NA）之间的权衡（图3f-3h）。
由于LCoS是反射式显示，光在从LCoS面板反射后会再次通过PIC照明器。这就增加了另一个关键要求——PIC必须具有高透明度，以避免鬼影或图像质量下降。需要注意的是，PIC在成像路径中的透明度和在照明路径中的高效率不会违反互易性原则，因为发射光是发散的。在反射后，光束的尺寸显著增大，超出了有效光栅截面。实际上，光与PIC的重新相互作用主要是由波导脊的衍射主导，而非光栅的衍射。图3j显示了模拟的衍射效率，集成了收集锥角度。由于SiN和AlOx层在光学上是薄的，来自PIC波导的衍射效率在所关注的光谱范围内小于0.8%，满足系统鬼影规范（<1%）。
最后，我们通过优化所有组件来提高PIC设备的光学效率，最小化波导中的传播和弯曲损耗、Y分路器和CWMs的插入损耗、优化激光与PIC的耦合效率、设计光栅发射器的阻抗失配，并最大化光栅提取效率（详见附加部分2-4）。低损耗SiN平台已经在可见光到近红外波长范围内得到证明和报道24-28。在这项工作中，我们进一步突破了这些限制，实现了R、G、B波长（635、520、450 nm）在0.1 dB/cm、0.3 dB/cm和1.1 dB/cm的记录低传播损耗。SiN核心厚度经过精心设计，以最小化弯曲和插入损耗，同时确保在所有颜色下的单模操作并保持紧凑性。Y分路器经过逆向设计，以实现最小插入损耗和宽带性能。通过一系列综合设计和进一步的工艺优化，我们预计我们的架构相较于传统LCoS投影仪可实现超过10倍的性能提升（详见附加部分5）。
结果
我们在一系列实验中评估了平板激光显示架构的性能，首先是独立PIC照明器的特性测试，随后是组装的平板激光显示，最后是完整的AR系统。
我们实验上实现了高均匀性照明。如图3d所示，测量的照明场在与LCoS集成之前的表现。PIC发射区域为6mm x 4.8mm，长轴沿波导方向。由于交错光传播，照明在边缘较亮，在中心较暗。测得的亮度均匀性（最小/最大值比）为71%，稍低于设计值，这是由于制造偏差导致的层厚变化。同时，良好的颜色均匀性，𝛥𝑢′𝑣′<0.01也得以实现。需要注意的是，人眼对颜色变化的感知在很大程度上依赖于空间频率，即大视场（FoV）范围内缓慢变化的颜色变化要比快速变化的颜色变化不那么显眼。因此，尽管在图中颜色变化十分明显，但在设计的30度×40度视场中观察时，其视觉效果要显著低得多。图3e展示了PIC的放大视图，显示了单独的光栅发射器。需要注意的是，由于电路的交错设计，在垂直方向（沿波导）的发射器格距是水平方向（与波导垂直）的两倍。
我们还测量了照明偏振消光比（PER）（图3i）。由于表征设备的限制，测得的PER是在0.2的数值孔径（NA）下进行积分的。我们观察到，PIC设备上测得的PER存在空间变化，主要是由于边缘耦合区域的不必要光散射（附加部分4）。远离边缘耦合器时，照明对比度在NA~0.2时大于250:1，与模拟结果一致。
接下来，我们评估了PIC-LCoS集成后的显示性能。图4a显示了一个完全功能性的显示组件，具有紧凑的外形和高亮度。这里使用的LCoS面板具有4.5μm的像素间距，FHD（1920×1080）分辨率，并以120 Hz的视频帧率运行。
图4. （a）组装好的平面激光显示器，放置在一枚硬币上方。光纤连接到PIC用于光输入。柔性电缆用于LCoS控制。光源和激光控制器未在照片中显示。（b）本工作的色彩表现与标准色彩空间的对比。（c-f）测量的显示图像。（g）实验中使用的手持式AR设置照片。（h）集成了经过外形优化的平面激光显示器的AR系统的概念化可视化图。（i-k）在图4g中的AR设置眼睛位置拍摄的图像，展示了虚拟物体和现实世界办公室的场景。
激光显示的一个优势是更广泛的色域。由于我们使用的是窄带的主要颜色激光，色域比任何其他基于LED的显示器都要宽（图4b）。它提供了211%的色域比，并完全覆盖了sRGB/BT.70929，这是国际电信联盟（ITU）定义的高清电视标准。作为对比，我们的显示器涵盖了CIELAB色域所定义的74%的可见颜色，而标准的Adobe RGB色域30仅覆盖52%，sRGB31仅覆盖36%。需要注意的是，当前设备未能完全覆盖Adobe RGB，因为绿色主色（中心波长为515 nm）与LED显示中的绿色主色（中心波长约为530-540 nm）有所不同，这是由于绿色激光二极管的可用性。在未来，可以使用具有更长中心波长的绿色激光二极管来进一步提高色彩表现。
图4c-4f显示了直接观察下的显示性能。我们使用了目镜放大显示的图像（见方法）。图像边缘的模糊是由于目镜镜头的像差，而非显示本身的原因。组装后的显示器的顺序对比度约为40:1，显著低于照明PER。这受到LCoS面板对比度以及PIC、LCoS和偏振膜之间的对准误差的限制，这个演示是通过手动对准完成的。在实际制造中，可以通过基于优化对准标记的更精确对准过程来缓解这个问题。
紧凑且高效的显示引擎对于增强现实（AR）眼镜尤其重要，因为其空间狭小且受玻璃大小和重量限制的电力预算。在这里，我们通过将其与一款现成的瞳孔复制AR几何玻璃配对，展示了PIC-激光显示在系统层面的表现（图4g）。平板激光显示的光首先通过定制的镜头模块（附加部分6）准直，然后耦合到AR光导的输入瞳孔。通过玻璃板内部的多次全内反射（TIR），输出瞳孔得以扩展（附加部分9）。当前的演示是一个手持式AR设置，投影仪支持50度对角视场（FoV）。体积主要来自现成的LCoS显示驱动板，并且可以通过定制的基于ASIC的驱动器显著缩小。通过更好的集成和封装，光引擎的体积可以减少到1立方厘米以下（附加部分6），实现超紧凑且轻便的AR体验（图4h）。演示了几种AR应用场景。图4i展示了混合现实体验，其中虚拟物体与办公环境中的现实世界场景无缝融合。即时消息和通知分别在图4j和4k中展示。需要注意的是，经过AR光导后，光斑效果明显减弱，部分原因是由于与透视背景的对比度减小。
讨论
实现PIC激光显示的全部潜力仍然面临一些挑战。首先是激光光斑。光斑是激光显示中的已知问题1。在这里，我们观察到它们在图像中表现为颗粒状图案，源自不同PIC发射器在LCoS平面上的干涉。作为首次原理证明演示，当前设备中没有实现额外的去光斑方法。我们使用1纳米带宽的单模激光测得约20%的光斑对比度，超过了典型的感知阈值4%32。现有激光投影仪中已经提出并测试了多种减轻光斑的方法，如波长或偏振多样性33、动态扩散器34和微透镜阵列35，并可以适应于PIC激光显示。关于去光斑的结果正在准备单独的手稿发布。
另一个关键挑战是光源集成与封装。虽然激光集成在用于电信波长的硅光子学中已经成熟10,11，但RGB激光二极管与可见光子学的集成仍处于早期阶段27,36。我们已经通过主动对准演示了激光与PIC边缘耦合的原型水平（附加部分10）。对于大规模生产，可以使用芯片到晶圆的翻转芯片粘接作为一种具有成本效益的可扩展制造路径，而最近在异质可见激光与SiN光子学集成方面的进展为这一方向提供了另一种可能性37。
图5. （a）区域照明的概念。区域照明通过仅在需要的地方开启照明来增强图像对比度和效率。它可以通过使用主动PIC调制器来实现。（b）启用PIC的全息显示原理图。PIC提供了定制的照明场，照射到一个或多个空间光调制器（SLM）层上以生成全息图。然后，使用平面透镜，如全息光学元件，来投影和放大图像。
对于AR应用而言，特别是对于图4i-k中所示的许多使用场景，存在功率浪费和对比度降低的问题。目前，PIC照明器只能全局开启或关闭，当只有LCoS显示的小部分开启时，会导致不利的功耗38,39。为了进一步提高照明效率，可以使用主动PIC调制6,40-44来独立控制不同的照明区域（图5a），这一概念类似于LCD中的局部调光45。
超越AR/VR
PIC照明器作为一个平台，支持广泛的新型显示概念，包括超薄面板全息显示、高分辨率光场显示、瞳孔引导显示等。如图5b所示，PIC在全息显示中的潜在应用，其中PIC照明器与空间光调制器（SLM）和全息平面透镜集成。与以往依赖简单平面波入射的全息显示不同，PIC可以提供一个定制的照明场，经过与全息显示系统的共同优化，实现前所未有的紧凑性、亮度和沉浸感。
本研究提出了大面积可见光光子集成电路（PIC），作为紧凑高效激光照明的强大平台。我们展示了一种平面激光显示架构，达到了显著的微型化，为增强现实及其更广泛应用开辟了道路。我们相信，我们的工作可以推动更多利用先进纳米光子学的创新，推动下一代视觉技术的进步。
方法
设备制造与集成
光子集成电路（PIC）设备在200毫米（8英寸）CMOS代工厂中制造。制造过程首先使用200毫米硅（Si）晶圆，并涂覆2.5μm厚的热氧化物（SiO₂）层，接着沉积并图案化低压化学气相沉积（LPCVD）硅氮化物（SiN）层，作为核心波导。该图案化过程采用深紫外（DUV）光刻和反应离子刻蚀（RIE）技术。随后，在SiN上沉积一个隔离SiO₂层，并通过化学机械抛光（CMP）进行平坦化。接下来，通过原子层沉积（ALD）技术沉积铝氧化物（AlOx）并图案化形成光栅发射器。之后再沉积并平坦化另一层SiO₂。接着，沉积并图案化氮化钛（TiN），作为散射光和杂散光的吸收器。最后，沉积一层SiO₂在TiN上。设备层通过晶圆键合转移到石英基板上，随后去除硅承载晶圆。更多制造过程的细节可以参考附录部分1。
制造好的晶圆被分割成单个芯片，然后进行边缘抛光，以便进行光纤或直接激光耦合。将附着光纤的设备芯片对准并使用UV可固化环氧树脂将其粘合到商用LCoS面板上。一个带有压敏粘合剂（PSA）的薄膜反射偏振器被附着在PIC芯片的顶部，作为偏振分析器。为了进行增强现实（AR）演示，封装好的PIC-LCoS样品进一步与定制设计的投影镜头和几何波导合并器对准。（请参见附录部分7-9）
作者：
Zhujun Shi†, Risheng Cheng†, Guohua Wei†, Steven A. Hickman, Min Chul Shin, Peter Topalian,
Lei Wang, Dusan Coso, Brian Le, Lizzy Lee, Sean Braxton, Alexander Koshelev, Maxwell F.
Parsons, Rahul Agarwal, Barry Silverstein, Yun Wang, Giuseppe Calafiore‡
单位
Reality Labs Research, Meta Platforms Inc., 10301 Willows Rd NE, Redmond, WA 98052
