4H SIC--4H 高纯半绝缘碳化硅材料在AR衍射光波导中的应用

文摘   2024-09-15 09:47   中国香港  

本文小编分享一篇文章 ,引自coherent 官网

4H HPSI SIC的折射率:>2.59@400-800nm 6 inch:8000 CNY

划重点

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,4H HPSI SIC,带折射率数据,透过率数据等),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,ZnO,HfO2。。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

请联系小编免费获取原文,也欢迎交流半导体行业,工艺,技术,市场发展

采用高折射率波导制成的显示器可提供更大的视场,从而提供更加身临其境的用户体验。


正如我们之前关于 AR 技术的文章中详细介绍的那样,AR 耳机面临的特殊挑战是显示屏并不直接位于观看者的眼前。相比之下,在 VR 耳机中,观看者直视显示屏,并使用光学器件使其看起来更远、更大。但是,从光学上来说,这是一个相对简单的任务。

AR耳机的光学器件必须使用一种称为“光学组合器”的透明组件,它可以传输来自外部的光,使用户能够直接看到现实世界。另外,它必须将显示引擎输出从组合器的边缘引导到中心,然后将其重定向到观看者的眼睛。这样计算机生成的图像就会叠加在现实世界视图上。这是一项比 VR 耳机光学器件执行的任务复杂得多的任务。

为此,人们开发出了各种非常聪明的光学系统,其中平面波导是目前使用的最有前途的技术之一。平面波导就像一个微小的透明通道,将光从显示引擎引导到观看者的眼睛。波导利用“全内反射”(TIR) 现象将光容纳在自身内部,这与光纤中使用的原理相同。

当光从密度较大的材料(如玻璃)进入密度较小的介质(如空气)时,就会发生 TIR。当这种情况发生时,光线会发生折射——它会改变方向。折射是镜片的工作原理。

但是,如果光线以足够大的角度撞击两种材料之间的边界,它将被完全反射回来;它根本不会退出材料。光线无法射出材料的角度称为“临界角”。

从材料射出进入空气的光线会发生折射(改变方向)。但是,在较大的入射角下,它们会完全反射回材料中,根本不会逃逸。材料的折射率越高,这种效应开始发生的角度越小。

为了在 AR 护目镜中利用这种现象,想象一下“输入耦合器”允许来自显示引擎的光以大于临界角的角度引入波导。然后光线将在玻璃内传播并被 TIR 所容纳。在组合器的中心,光线遇到“输出耦合器”。这使得它可以被提取并引导至观看者的眼睛。

在基于波导的 AR 耳机中,使用输入耦合器将来自显示器的光引入波导边缘附近。然后,它使用 TIR 穿过波导,并在到达观看者眼睛正前方的点时耦合输出。实际制造这样的波导需要大量的技术和复杂性。但它们确实有效并且已经投入使用。

波导的好处在于,它们使耳机的外观和感觉与普通眼镜非常相似。这使我们朝着我们的目标迈进,即拥有一款足够小、重量轻且易于使用的产品,以赢得消费者的广泛认可。

改变游戏规则的波导材料

波导之所以发挥作用,是因为 TIR,对此有一件重要的事情需要了解。即,随着材料折射率的增加,光线以较小的角度照射到表面时就会发生 TIR。这意味着它们会在更宽的角度范围内反射。

这意味着使用更高折射率的波导材料可以使其实现更宽的视场。FOV 是 AR 系统设计师努力实现的沉浸式体验的关键。

由折射率较高的材料制成的波导可以向观看者提供更大的视野,从而增强沉浸感。

问题在于传统光学玻璃的折射率严重限制了用刚才描述的波导类型可实现的视场。玻璃制造商已通过开发更高指数的材料来应对。他们做了令人印象深刻的工作。但他们无法克服材料的根本局限性。目前,玻璃可实现的最高折射率约为 2.0。

但除了玻璃之外,还有其他材料可以传输可见光。其中一些不仅具有较高的折射率,还具有其他理想的物理特性。其中两种是晶体材料:铌酸锂(LiNbO₃),其指数为 2.3;碳化硅(SiC),其指数为 2.7。

波导折射率与显示 FOV 之间的理论关系如图所示。即使使用最高折射率的玻璃,SiC 也有望将显示视场增大一倍。这使得它成为 AR 护目镜设计师的游戏规则改变者。

波导材料折射率与 AR 显示器最大可能 FOV 之间的理论关系。LiNbO₃ 和 SiC 都比玻璃材料具有巨大的优势。

除了更大的视场之外,高折射率材料还有另一个优点。当前的波导设计通常使用两个或三个独立的玻璃——一个用于每种颜色(或一个用于两种颜色)。特别是 SiC 的折射率较高,可以将所有三种颜色通道(红色、绿色和蓝色)组合到单个波导中。这将显着改善耳机的尺寸、重量和成本。此外,SiC 是一种极其坚固且轻质的材料。

LiNbO₃ 和 SiC 都比高折射率玻璃具有实用和性能优势,但成本也更高。另一方面,它们的使用可以降低整个系统和制造的复杂性,从而降低生产成本。

相干公司相信这些材料可以使新一代 AR 设备为消费者带来令人信服的成本效益比。我们已经是这两种材料的垂直整合制造商——从晶体生长到基板制造。而且,我们还可以制造其他波导组件,包括衍射耦合器和光学涂层。此外,我们所有的制造流程均可扩展到大幅面和大批量。我们已准备好与 AR 系统设计人员合作,开发基于这些材料的波导显示器,然后在批量生产中为其提供可靠支持。


光学加工小助手
此公众号为非盈利公众号,旨在分享新颖或者实用的技术,向国内推广国外先进的公司,从而实现光学,半导体行业从业者协同交流,共同促进国内光学,光带你封装及光电半导体行业的蓬勃发展。主要涉及市场,光通信,光医疗,光纤传感,AR/VR。
 最新文章