光波導(dǎo)技術(shù)

摘要：光波導(dǎo)是引導(dǎo)光波在其中傳播的介質(zhì)裝置，又稱(chēng)介質(zhì)光波導(dǎo)。光波導(dǎo)主要有集成光波導(dǎo)和圓柱形光波導(dǎo)兩大類(lèi)別，集成光波導(dǎo)通常都是光電集成器件或者光學(xué)系統(tǒng)中的一部分，所以叫作集成光波導(dǎo)；而圓柱形光波導(dǎo)實(shí)際上就是光纖，光纖對(duì)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(cè)量溫度、壓力等物理量。

關(guān)鍵詞：光波導(dǎo)、集成光波導(dǎo)，光纖。

一.發(fā)展光波導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展歷程

（1）導(dǎo)光的古老歷史：早在1854年的英國(guó)注明學(xué)家丁達(dá)爾便觀察到光隨水流彎曲的現(xiàn)象，在其中是因?yàn)楣庠诳諝馀c水的分界面上發(fā)生全反射導(dǎo)致的。

（2）光纖之父高錕：高錕博士于1966年發(fā)表了“”光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)”這篇論文，并且在文中首次明確提出，可以通過(guò)改進(jìn)石英光纖的制備工藝這種方式來(lái)減少所用原材料中的雜質(zhì)，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(yīng)用于通信之中。

（3）在美國(guó)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(lái)，隨著光纖通信與光集成電路的快速發(fā)展，促進(jìn)了光波導(dǎo)技術(shù)理論的進(jìn)一步發(fā)展。

二.發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

在現(xiàn)如今這個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)與光纖通信技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)期，作為光纖通信所不可缺少的光波導(dǎo)材料與光波導(dǎo)器件也得到了快速的發(fā)展；

（1）光開(kāi)關(guān)：

概要：光開(kāi)關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口并且可以對(duì)光纖傳輸線路中的光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的光學(xué)器件，是光網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字光處理的核心器件。

現(xiàn)狀：隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，目前為止大多數(shù)的的通信業(yè)務(wù)都以轉(zhuǎn)變?yōu)楣饫w傳輸。而最近幾年，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)行業(yè)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)改變了IP網(wǎng)絡(luò)層與底層傳輸網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，并且對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是對(duì)其的組網(wǎng)方式、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、管理和控制提出了更高的要求。因此自動(dòng)交換網(wǎng)絡(luò)成為了系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)，它是一種智能化網(wǎng)絡(luò)體系，它的核心節(jié)點(diǎn)由光交叉連接設(shè)備構(gòu)成,通過(guò)光交叉設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)波長(zhǎng)選路和對(duì)光網(wǎng)絡(luò)靈活、有效地管理。光交叉技術(shù)在越來(lái)越復(fù)雜的密集型光波復(fù)用網(wǎng)中是核心技術(shù)之一，而光交叉中重要的具有切換光路動(dòng)能的器件便是光開(kāi)關(guān)。光開(kāi)關(guān)作為光交叉器件的核心部分，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)的光路徑管理、光網(wǎng)絡(luò)的故障保護(hù)、波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)分配等功能，對(duì)于提高目前網(wǎng)絡(luò)中的波長(zhǎng)重用率，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)靈活配置均有著重要的意義。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，光網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)達(dá)到了大容量，超高速的標(biāo)準(zhǔn)，因此網(wǎng)絡(luò)的生存能力、網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)問(wèn)題成為了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)問(wèn)題中的關(guān)鍵，而光開(kāi)關(guān)在對(duì)光網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和對(duì)業(yè)務(wù)的保護(hù)和恢復(fù)發(fā)揮著更加重要的作用。

分類(lèi)：目前光開(kāi)關(guān)主要根據(jù)其工作原理可劃分為傳統(tǒng)機(jī)械光開(kāi)關(guān)、微機(jī)械光開(kāi)關(guān)、熱光開(kāi)關(guān)、液晶光開(kāi)關(guān)、電光開(kāi)關(guān)和聲光開(kāi)關(guān)等。

（2）AR眼鏡(光波導(dǎo)，一個(gè)應(yīng)AR眼鏡需求而生的光學(xué)方案)

概論：光波導(dǎo)，因其輕薄和外界光線的高穿透特性而被認(rèn)為是消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的必選光學(xué)方案，又因其價(jià)格高和技術(shù)門(mén)檻高讓人望而卻步。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在近幾年科技領(lǐng)域方面廣受關(guān)注，原理為通過(guò)光學(xué)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(xiàn)實(shí)技術(shù)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(shí)的世界，因此光學(xué)系統(tǒng)所成的像不能擋在前方；于是這就要求多加入多個(gè)光學(xué)組合器，通過(guò)層疊將虛擬信息與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合在一起，而光波導(dǎo)技術(shù)從外觀，輕重和光學(xué)效果上綜合來(lái)看，成為了AR眼鏡制作最好的選擇。

幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)是光波導(dǎo)技術(shù)的兩大類(lèi)別，幾何光波導(dǎo)的原理是通過(guò)反射鏡的疊疊來(lái)輸出圖像出和擴(kuò)大動(dòng)眼眶的。衍射光波導(dǎo)主要表面浮雕光柵波導(dǎo)和基全息體光柵波導(dǎo)。

而相比于幾何光波導(dǎo)，AR眼鏡要想真正成為消費(fèi)級(jí)別的產(chǎn)品進(jìn)一步走向消費(fèi)市場(chǎng)，衍射光波導(dǎo)的研究對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)極為重要。目前許多公司諸如微軟Hololen等產(chǎn)品，使用并證明了衍射光波導(dǎo)技術(shù)使AR眼鏡走向消費(fèi)市場(chǎng)的可量性。

可以說(shuō)光波導(dǎo)技術(shù)帶動(dòng)了整個(gè)AR眼鏡行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了各個(gè)公司對(duì)AR眼鏡的研發(fā)。在目前的幾家大型公司中，在這之中基于傳統(tǒng)光學(xué)的設(shè)計(jì)理念和工藝的幾何光波導(dǎo)，成功實(shí)現(xiàn)了一維擴(kuò)瞳。目前幾何光波導(dǎo)發(fā)展的龍頭是以色列公司Lumus，目前其視角已經(jīng)演示達(dá)到了了55°，其質(zhì)量和成像效果都很不錯(cuò)。但目前有一個(gè)問(wèn)題是幾何光波導(dǎo)的制造工藝和過(guò)程十分繁瑣，這進(jìn)一步影響了產(chǎn)品的制作成本和高品質(zhì)率，縱觀目前的消費(fèi)市場(chǎng)，還沒(méi)有出現(xiàn)能夠達(dá)到消費(fèi)級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)的AR眼鏡，所以它是否可以量產(chǎn)對(duì)于目前的我們來(lái)說(shuō)還是個(gè)未知數(shù)。

衍射光波導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)二維擴(kuò)瞳，主要是因?yàn)槲⒓{米結(jié)構(gòu)和平面光學(xué)的技術(shù)發(fā)展。其中大多數(shù)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(jīng)達(dá)到了52°。

全息體光柵也在快速發(fā)展之中，如果能夠突破材料上的瓶頸，提高光柵的光學(xué)參數(shù)，其未來(lái)也很有希望量產(chǎn)。我們認(rèn)為，衍射光波導(dǎo)之中的表面浮雕光柵方案是目前AR眼鏡走向消費(fèi)市場(chǎng)的不二之選。

三．光波導(dǎo)技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響

光波導(dǎo)技術(shù)在世界中的應(yīng)用十分廣泛，對(duì)經(jīng)濟(jì)影響很大，單從AR技術(shù)來(lái)說(shuō)目前由于衍射光柵設(shè)計(jì)門(mén)檻高，想要做出理想中的AR眼鏡還十分困難，需要業(yè)內(nèi)各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的共同努力，但是同樣其背后的市場(chǎng)十分廣大，AR眼鏡如果能夠真正走向市場(chǎng)，其背后的利益顯而易見(jiàn)。

可以說(shuō)光波導(dǎo)技術(shù)在科技發(fā)展的進(jìn)程中占據(jù)著一席之地，它所能夠應(yīng)用的范圍十分廣闊，從光纖，光開(kāi)關(guān)到現(xiàn)在的AR眼鏡，足以體現(xiàn)出光波導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?。無(wú)論是過(guò)去還是現(xiàn)在它都在各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。