光波导技术

光波导技术

摘要：光波导是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。光波导主要有集成光波导和圆柱形光波导两大类别，集成光波导通常都是光电集成器件或者光学系统中的一部分，所以叫作集成光波导；而圆柱形光波导实际上就是光纤，光纤对于外界的温度和压力等因素十分敏感，因而可制成光纤传感器，可以用于测量温度、压力等物理量。

关键词：光波导、集成光波导，光纤。

一.发展光波导技术的发展历程

（1）导光的古老历史：早在1854年的英国注明学家丁达尔便观察到光随水流弯曲的现象，在其中是因为光在空气与水的分界面上发生全反射导致的。

（2）光纤之父高锟：高锟博士于1966年发表了“”光频介质纤维表面波导”这篇论文，并且在文中首次明确提出，可以通过改进石英光纤的制备工艺这种方式来减少所用原材料中的杂质，这样便可以让石英纤维的损耗大幅度下降。并且有可能制造出损耗为20kbkm的光纤，从而让石英光纤应用于通信之中。

（3）在美国的康宁玻璃公司的马勒博士的研究小组在1970年成功研制出了损耗在20kbkm以下的光纤；

近年来，随着光纤通信与光集成电路的快速发展，促进了光波导技术理论的进一步发展。

二.发展现状与趋势

在现如今这个计算机技术与光纤通信技术迅速发展的时期，作为光纤通信所不可缺少的光波导材料与光波导器件也得到了快速的发展；

（1）光开关：

概要：光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口并且可以对光纤传输线路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的光学器件，是光网络和数字光处理的核心器件。

现状：随着光纤通信技术的发展，目前为止大多数的的通信业务都以转变为光纤传输。而最近几年，网络业务行业呈现快速增长，网络业务的快速增长改变了IP网络层与底层传输网络的关系，并且对于整个网络来说，无疑是对其的组网方式、节点设计、管理和控制提出了更高的要求。因此自动交换网络成为了系统研究的热点，它是一种智能化网络体系，它的核心节点由光交叉连接设备构成,通过光交叉设备,可以实现动态波长选路和对光网络灵活、有效地管理。光交叉技术在越来越复杂的密集型光波复用网中是核心技术之一，而光交叉中重要的具有切换光路动能的器件便是光开关。光开关作为光交叉器件的核心部分，能够实现动态的光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对于提高目前网络中的波长重用率，进行网络灵活配置均有着重要的意义。随着网络技术的发展，光网络已经达到了大容量，超高速的标准，因此网络的生存能力、网络的保护和恢复问题成为了网络技术问题中的关键，而光开关在对光网络保护和对业务的保护和恢复发挥着更加重要的作用。

分类：目前光开关主要根据其工作原理可划分为传统机械光开关、微机械光开关、热光开关、液晶光开关、电光开关和声光开关等。

（2）AR眼镜(光波导，一个应AR眼镜需求而生的光学方案)

概论：光波导，因其轻薄和外界光线的高穿透特性而被认为是消费级AR眼镜的必选光学方案，又因其价格高和技术门槛高让人望而却步。

增强现实技术与虚拟现实技术在近几年科技领域方面广受关注，原理为通过光学器件将显示器上的像素所形成的虚像投入到人的眼睛中。

但与虚拟现实技术不同的是：AR眼镜既需要能看到虚拟的屏幕又要能看到外部真实的世界，因此光学系统所成的像不能挡在前方；于是这就要求多加入多个光学组合器，通过层叠将虚拟信息与现实场景结合在一起，而光波导技术从外观，轻重和光学效果上综合来看，成为了AR眼镜制作最好的选择。

几何光波导和衍射光波导是光波导技术的两大类别，几何光波导的原理是通过反射镜的叠叠来输出图像出和扩大动眼眶的。衍射光波导主要表面浮雕光栅波导和基全息体光栅波导。

而相比于几何光波导，AR眼镜要想真正成为消费级别的产品进一步走向消费市场，衍射光波导的研究对于实现这一目标极为重要。目前许多公司诸如微软Hololen等产品，使用并证明了衍射光波导技术使AR眼镜走向消费市场的可量性。

可以说光波导技术带动了整个AR眼镜行业的发展，促进了各个公司对AR眼镜的研发。在目前的几家大型公司中，在这之中基于传统光学的设计理念和工艺的几何光波导，成功实现了一维扩瞳。目前几何光波导发展的龙头是以色列公司Lumus，目前其视角已经演示达到了了55°，其质量和成像效果都很不错。但目前有一个问题是几何光波导的制造工艺和过程十分繁琐，这进一步影响了产品的制作成本和高品质率，纵观目前的消费市场，还没有出现能够达到消费级别标准的AR眼镜，所以它是否可以量产对于目前的我们来说还是个未知数。

衍射光波导能够实现二维扩瞳，主要是因为微纳米结构和平面光学的技术发展。其中大多数排在前沿的公司使用的是主流的表面浮雕光栅，其中Hololens II的视角已经达到了52°。

全息体光栅也在快速发展之中，如果能够突破材料上的瓶颈，提高光栅的光学参数，其未来也很有希望量产。我们认为，衍射光波导之中的表面浮雕光栅方案是目前AR眼镜走向消费市场的不二之选。

三．光波导技术对经济的影响

光波导技术在世界中的应用十分广泛，对经济影响很大，单从AR技术来说目前由于衍射光栅设计门槛高，想要做出理想中的AR眼镜还十分困难，需要业内各个产业链的共同努力，但是同样其背后的市场十分广大，AR眼镜如果能够真正走向市场，其背后的利益显而易见。

可以说光波导技术在科技发展的进程中占据着一席之地，它所能够应用的范围十分广阔，从光纤，光开关到现在的AR眼镜，足以体现出光波导技术的发展潜力。无论是过去还是现在它都在各个领域中发挥着不可替代的作用。