光波導技術

摘要：光波導是引導光波在其中傳播的介質裝置，又稱介質光波導。光波導主要有集成光波導和圓柱形光波導兩大類別，集成光波導通常都是光電集成器件或者光學系統中的一部分，所以叫作集成光波導；而圓柱形光波導實際上就是光纖，光纖對于外界的溫度和壓力等因素十分敏感，因而可制成光纖傳感器，可以用于測量溫度、壓力等物理量。

關鍵詞：光波導、集成光波導，光纖。

一.發展光波導技術的發展歷程

（1）導光的古老歷史：早在1854年的英國注明學家丁達爾便觀察到光隨水流彎曲的現象，在其中是因為光在空氣與水的分界面上發生全反射導致的。

（2）光纖之父高錕：高錕博士于1966年發表了“”光頻介質纖維表面波導”這篇論文，并且在文中首次明確提出，可以通過改進石英光纖的制備工藝這種方式來減少所用原材料中的雜質，這樣便可以讓石英纖維的損耗大幅度下降。并且有可能制造出損耗為20kbkm的光纖，從而讓石英光纖應用于通信之中。

（3）在美國的康寧玻璃公司的馬勒博士的研究小組在1970年成功研制出了損耗在20kbkm以下的光纖；

近年來，隨著光纖通信與光集成電路的快速發展，促進了光波導技術理論的進一步發展。

二.發展現狀與趨勢

在現如今這個計算機技術與光纖通信技術迅速發展的時期，作為光纖通信所不可缺少的光波導材料與光波導器件也得到了快速的發展；

（1）光開關：

概要：光開關是一種具有一個或多個可選的傳輸端口并且可以對光纖傳輸線路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作的光學器件，是光網絡和數字光處理的核心器件。

現狀：隨著光纖通信技術的發展，目前為止大多數的的通信業務都以轉變為光纖傳輸。而最近幾年，網絡業務行業呈現快速增長，網絡業務的快速增長改變了IP網絡層與底層傳輸網絡的關系，并且對于整個網絡來說，無疑是對其的組網方式、節點設計、管理和控制提出了更高的要求。因此自動交換網絡成為了系統研究的熱點，它是一種智能化網絡體系，它的核心節點由光交叉連接設備構成,通過光交叉設備,可以實現動態波長選路和對光網絡靈活、有效地管理。光交叉技術在越來越復雜的密集型光波復用網中是核心技術之一，而光交叉中重要的具有切換光路動能的器件便是光開關。光開關作為光交叉器件的核心部分，能夠實現動態的光路徑管理、光網絡的故障保護、波長動態分配等功能，對于提高目前網絡中的波長重用率，進行網絡靈活配置均有著重要的意義。隨著網絡技術的發展，光網絡已經達到了大容量，超高速的標準，因此網絡的生存能力、網絡的保護和恢復問題成為了網絡技術問題中的關鍵，而光開關在對光網絡保護和對業務的保護和恢復發揮著更加重要的作用。

分類：目前光開關主要根據其工作原理可劃分為傳統機械光開關、微機械光開關、熱光開關、液晶光開關、電光開關和聲光開關等。

（2）AR眼鏡(光波導，一個應AR眼鏡需求而生的光學方案)

概論：光波導，因其輕薄和外界光線的高穿透特性而被認為是消費級AR眼鏡的必選光學方案，又因其價格高和技術門檻高讓人望而卻步。

增強現實技術與虛擬現實技術在近幾年科技領域方面廣受關注，原理為通過光學器件將顯示器上的像素所形成的虛像投入到人的眼睛中。

但與虛擬現實技術不同的是：AR眼鏡既需要能看到虛擬的屏幕又要能看到外部真實的世界，因此光學系統所成的像不能擋在前方；于是這就要求多加入多個光學組合器，通過層疊將虛擬信息與現實場景結合在一起，而光波導技術從外觀，輕重和光學效果上綜合來看，成為了AR眼鏡制作最好的選擇。

幾何光波導和衍射光波導是光波導技術的兩大類別，幾何光波導的原理是通過反射鏡的疊疊來輸出圖像出和擴大動眼眶的。衍射光波導主要表面浮雕光柵波導和基全息體光柵波導。

而相比于幾何光波導，AR眼鏡要想真正成為消費級別的產品進一步走向消費市場，衍射光波導的研究對于實現這一目標極為重要。目前許多公司諸如微軟Hololen等產品，使用并證明了衍射光波導技術使AR眼鏡走向消費市場的可量性。

可以說光波導技術帶動了整個AR眼鏡行業的發展，促進了各個公司對AR眼鏡的研發。在目前的幾家大型公司中，在這之中基于傳統光學的設計理念和工藝的幾何光波導，成功實現了一維擴瞳。目前幾何光波導發展的龍頭是以色列公司Lumus，目前其視角已經演示達到了了55°，其質量和成像效果都很不錯。但目前有一個問題是幾何光波導的制造工藝和過程十分繁瑣，這進一步影響了產品的制作成本和高品質率，縱觀目前的消費市場，還沒有出現能夠達到消費級別標準的AR眼鏡，所以它是否可以量產對于目前的我們來說還是個未知數。

衍射光波導能夠實現二維擴瞳，主要是因為微納米結構和平面光學的技術發展。其中大多數排在前沿的公司使用的是主流的表面浮雕光柵，其中Hololens II的視角已經達到了52°。

全息體光柵也在快速發展之中，如果能夠突破材料上的瓶頸，提高光柵的光學參數，其未來也很有希望量產。我們認為，衍射光波導之中的表面浮雕光柵方案是目前AR眼鏡走向消費市場的不二之選。

三．光波導技術對經濟的影響

光波導技術在世界中的應用十分廣泛，對經濟影響很大，單從AR技術來說目前由于衍射光柵設計門檻高，想要做出理想中的AR眼鏡還十分困難，需要業內各個產業鏈的共同努力，但是同樣其背后的市場十分廣大，AR眼鏡如果能夠真正走向市場，其背后的利益顯而易見。

可以說光波導技術在科技發展的進程中占據著一席之地，它所能夠應用的范圍十分廣闊，從光纖，光開關到現在的AR眼鏡，足以體現出光波導技術的發展潛力。無論是過去還是現在它都在各個領域中發揮著不可替代的作用。