中国粉体网讯 2026年5月21日，由中国粉体网主办的“2026AR/VR眼镜核心技术与应用大会”在江苏·苏州合景万怡酒店隆重召开！大会期间，中国粉体网记者有幸邀请到多位专家、企业界代表做客我们的“对话”栏目，畅谈AR/VR眼镜前沿技术革新、市场发展现状、落地应用场景以及产业未来趋势，共同探寻产业发展新机遇。本期为您分享的是甬江实验室张瓦利研究员的专访。
甬江实验室张瓦利研究员
中国粉体网：张老师，在AR光学方案中，衍射光波导的独特优势有哪些？
张老师：谈及衍射光波导技术的独特优势，我们可以从AR眼镜的整体应用生态展开分析。AR眼镜若要实现规模化落地、获得市场认可，除了完善的APP软件生态，硬件配置也是极为核心的关键因素。轻量化设计是AR眼镜的核心发展要求，设备需要做到极致轻薄，支持用户全天候佩戴，这也是未来AR眼镜硬件发展的核心方向。
传统几何光学器件由多组光学镜片组合构成，整体体积偏大，难以实现设备轻量化升级，无法适配AR眼镜的佩戴需求。而衍射光波导的核心优势，是将全部光学功能集成压缩至一片轻薄镜片之中，能够完美满足AR眼镜的轻量化设计需求。
在制备工艺层面，传统几何光学器件主要依托机械加工方式生产。而衍射光学器件可采用成熟的半导体制备工艺，比如硅基芯片里有很多成熟的半导体工艺，包括光刻、刻蚀等，这些都可以用来制作衍射光学器件。
当然，衍射光学器件也存在一些缺点，其中彩虹纹问题是影响用户佩戴体验的主要缺陷。主要是因为其周期性结构对不同波长的光线衍射效果不同，各类光线经衍射后汇聚在镜片表面，就会出现一些花绿条纹，降低用户的佩戴观感与体验。不过随着光学材料、制备工艺以及结构设计的不断升级优化，彩虹纹正在慢慢被消除。当然，工艺的稳定性、量产能力与可制造性等问题，也是该技术落地应用需要直面的挑战。
中国粉体网：当前衍射光栅的制备方法有哪几种呢，最具潜力的是哪种？
张老师：关于衍射光栅的制备工艺，可按照技术发展的时间脉络进行梳理。早期的技术发展从材料展开，采用类似光刻胶的功能材料，通过调控折射率，适应衍射光学器件的各项性能与指标要求。制备过程中，将功能胶体通过各种方式涂覆在镜片表面，并完成图案化处理。
图案化方式，以纳米压印为主，这是新兴的光刻技术方案。首先制备以硅基为主的纳米压印模板，依托电子束光刻、DUV光刻配合干法刻蚀工艺完成模板制作，去除模板基底后，再通过像印章或滚轮的方式压印至镜片上，这是最传统的制备方式。镜片基底材料一般是树脂或玻璃，目前行业内越来越多采用玻璃衬底。
随着行业对衍射光学器件及AR光学效果的要求不断提升，行业逐步采用第二种制备方式，即在玻璃镜片上通过真空镀膜工艺沉积高折射率材料。以氧化钛材料为例，其薄膜沉积后的折射率可达2.3至2.4，完成镀膜后，再对材料表面进行图案化加工。图案化可采用纳米压印、DUV深紫外光刻曝光等方式。此工艺中的纳米压印与上述纳米压印功能是不同的，前面说的纳米压印是将胶作为衍射光学材料转移至镜片上，而现在的纳米压印主要用于图案化成型，需借助常规光刻胶或纳米压印专用光刻胶完成图案制备，图案化完成后再通过干法刻蚀形成光波导结构，最后去除残留胶层。
目前纳米压印技术的整体成熟度不够，尤其模版制备成本较高，导致该技术的大面积产业化应用尚未完全普及。
现阶段，我们微纳平台的客户已采用复合型制备方案，即结合DUV光刻与纳米工艺制备衍射光学器件，可通过DUV光刻直接曝光实现图案化刻蚀。当前行业多采用DUV光刻制备纳米模板，相较于传统电子束光刻，DUV光刻有效解决了制备模版速度慢、成本高的问题，大幅提升加工效率，降低单片制备的平均成本。因此，通过DUV光刻结合纳米工艺完成图案化制备，并配合干法刻蚀工艺，可最终成型衍射光波器件。
中国粉体网：在衍射光波导中，碳化硅的应用可以提升哪些性能？
张老师：碳化硅是光学领域的新兴材料，其推行主要原因是折射率更高。从压印胶到氧化钛再到碳化硅，材料折射率不断升高，高折射率带来诸多优势，除视场角更大外，光学设计也更具弹性，可设计更轻薄镜片，还可消除更多彩虹纹，使色彩更艳丽等。这是碳化硅的特点之一，主要利用其高折射率。
另外，在目前所有材料中，除金刚石外，碳化硅传热效果也很好。未来眼镜上可能有很多感应器、芯片等，需要大量散热，镜片可作为散热源，把热量散出去，这是碳化硅的另一个优势。当然，碳化硅还有其他优势，如硬度高、材料稳定、耐刮擦、耐腐蚀等。
在AR眼镜中，碳化硅可使镜片和光线系统保持长期稳定性，这是碳化硅在业界推行的原因之一。当然它也有很多缺点，如成本很高。目前整个行业正在考虑降低其成本。
中国粉体网：碳化硅衍射光学器件在制备过程中的工艺难点在哪，有什么解决方法吗？
张老师：碳化硅应用于光学器件制备方面存在诸多加工难点，可以说碳化硅是当前光学领域最难加工的材料之一。以传统半导体硅材料作为对比，碳化硅键能更高，碳硅键之间键长更短，因此非常稳定且硬度高。用半导体工艺进行微纳加工时，传统硅的加工方式不适用于碳化硅，于是开发新技术对碳化硅进行刻蚀。碳化硅刻蚀和加工有其自身特点，例如，要求光学器件内粗糙度，特别是侧壁粗糙度要很低，与传统功率器件的碳化硅不同。同时，光学碳化硅器件的加工线宽更小，对图形保形度与刻蚀精度的要求很高。加工过程中，线宽改变几纳米或几十纳米，对光学性能影响很大，这也是碳化硅光学器件加工的核心难点之一。
有几种解决方案。首先是干法刻蚀设备的优化。由于碳化硅键能高、化学键难以打断，刻蚀难度极大，需要升级干法刻蚀设备，采用高密度等离子设备完成碳化硅的精密加工，以此突破传统设备的刻蚀局限。其次是硬掩膜材料的开发与应用。碳化硅硬度高、刻蚀难度大，单纯使用光刻胶作为掩膜进行刻蚀的选择比不足，无法满足加工要求。因此需要开发适配的硬掩膜材料，通过光刻胶制备硬掩膜，再依托硬掩膜完成碳化硅的刻蚀加工。第三是刻蚀工艺体系的优化。通过筛选适配的刻蚀前驱体及前驱体组合，提升碳化硅与硬掩膜之间的刻蚀选择比，优化图形保形效果，降低侧壁粗糙度，实现更光滑的侧壁加工效果。此外，在斜齿光栅的加工场景中，行业主流采用离子束刻蚀（IBE）的物理轰击方式。但单纯的离子束刻蚀选择比较低，无法适配高硬度碳化硅的加工需求，需要在加工过程中引入化学反应气体进行辅助刻蚀。反应气体的加入，对IBE刻蚀的工艺环境、设备结构及零部件性能均提出了全新要求，需要针对性完成设备改造升级。
整体而言，碳化硅光学器件的加工需要从刻蚀设备、硬掩膜材料、刻蚀工艺三个维度进行协同优化。目前，我们正与多家合作伙伴开展联合技术攻关，围绕碳化硅衍射光栅光学器件的全流程制备工艺进行研发优化，涵盖光刻、刻蚀、去胶、性能测试等各个环节。
中国粉体网：您目前在衍射光学领域的研究方向有哪些，可以分享一下最新的技术成果吗？
张老师：在衍射光学领域的研发工作中，除了前沿性、探索性的基础研究之外，我们现阶段更加聚焦面向规模化制造的技术方案研发。目前国内众多实验室、高校及科研院所均已开展衍射光学器件的相关研究，但光学器件从实验室研发走向高稳定性、高良率、低成本的规模化量产，仍存在很长的产业化过程。目前我们的相关产业化研发仍处于初级阶段。
为解决衍射光学器件规模化生产的核心难题，我们主要从光刻图案化、刻蚀工艺、新材料研发三个方向开展技术攻关。
第一，在光刻与图案化工艺层面，我们针对性开发了适配衍射光学器件的大面积拼接DUV光刻工艺，可满足大面积衍射光学器件的制备需求，目前该方案已相对成熟。
第二，在刻蚀工艺层面，各类光学器件对加工指标提出了更高要求，包括高深宽比、表面光滑度及图形保形度等，加工挑战大幅提升。对此，我们针对性开发了适配衍射光学器件与微纳光学器件的专用干法刻蚀工艺，匹配高精度加工需求。
第三，在材料端层面，我们持续研发高稳定性、高折射率的光学材料。除碳化硅外，我们还关注氧化钛，氧化钛被普遍认为是较易实现产业化落地的高折射率材料，具备量产潜力。但常规氧化钛薄膜存在固有缺陷，材料稳定性较差，易从非晶态向晶态转变，进而影响器件整体光学性能。目前我们正重点攻克氧化钛薄膜稳定沉积的技术难题。
整体而言，我们围绕图案化工艺、刻蚀工艺与新型光学材料三大维度，系统性开展衍射光学器件的量产化技术研发工作，目前已取得阶段性技术成果。
在光刻工艺上，我们已完成110nm线宽的DUV光刻工艺开发，以及面向AR应用方向的镜片拼接工艺开发。在刻蚀制备工艺上，针对碳化硅、氧化钛等材料体系，我们依托CCP、ICP干法刻蚀工艺，实现了高深宽比直齿光栅的稳定刻蚀制备。同时，针对斜齿光栅的加工需求，我们开发了如离子束刻蚀（IBE）、反应式离子束刻蚀（RIBE）等工艺，成功实现角度可控的斜齿光栅与闪耀光栅的精密制备。
未来，我们计划联动更多产业链合作伙伴，包括材料厂商、设备厂商、制备厂商及器件厂商等，协同推进衍射光学器件的可制造性与量产能力升级，持续提升器件生产的良率、稳定性与重复性，进一步降低量产成本，助力衍射光学技术的规模化产业化落地。
（中国粉体网编辑整理/石语）
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