半导体在线讯  光波导技术是利用光在波导中通过全反射传播的原理，根据耦合器件的特性，光波导技术可分为衍射光波导和阵列光波导。与传统的阵列光波导方案相比较，衍射光波导可大幅降低整个系统的重量和尺寸，并且能够保持对于真实场景的高透明度，此外，衍射光波导还可以实现出瞳扩展，以更小的尺寸实现更大的画面，从而实现更轻便紧凑的AR显示器。

全息光波导技术是衍射光波导领域里的一类新型技术。全息光波导技术主要依靠全息方法制造光栅，原理主要是光线在波导介质内部发生全反射，显示系统中的微显示源部分出射带有信息的光线后经过准直系统进入波导部分的入耦合光栅，在波导系统中发生全反射，衍射光经过全反射后再经由出耦合光栅出射进入人眼，形成虚像画面。

全息光波导技术原理

全息光波导的技术路径主要可以分为基于光致聚合物的体全息光栅(PPVHG)、全息聚合物分散液晶光栅(HPDLC)、偏振体全息光栅(PVG)。

全息光波导技术路径对比

基于光致聚合物的体全息光栅(PPVHG)

PPVHG是以光致聚合物为记录介质，通过全息曝光以及后续的热处理或化学处理形成的高折射率调制度体全息结构。

PPVHG的形成机理为：在含有单体和/或低聚物前驱体、光引发剂等组分的光致聚合物体系中，引入两束或多束相干光并在材料体内形成干涉条纹。干涉条纹对应的光强分布会在曝光过程中触发局部的光致聚合和单体扩散行为。所谓光致聚合，是指在光引发剂吸收光子之后，生成活性自由基或离子中心，进而引发单体链式增长，使局部分子量上升并逐步固化，这一过程的活性分子由光化学反应产生，因此只有在链引发阶段需要吸收光子能量。

PPVHG的光聚合反应机理

与卤化银、DCG体系相比，光致聚合物体系具备几项重要优势。第一，光致聚合物通常为单组分或少组分体系，不需要显影‐定影等湿法后处理，曝光后可通过热固化或简单后固化步骤直接得到稳定结构，因而具备大面积制造和批量复制友好性。第二，聚合物体系本身可以通过分子设计与配方调控来实现高折射率调制深度、低散射和较高光学均匀性，适合做大口径、低散射的透明体光栅。第三，光致聚合物薄膜/块材可以与常规玻璃或塑料基板层压，利于平板化、轻量化光学器件的集成。

全息聚合物分散液晶光栅(HPDLC)

从材料分类上说，HPDLC属于全息高分子材料体系中的全息高分子‐液晶复合材料。所谓全息高分子‐液晶复合材料，是指在可进行全息记录的聚合物基体中引入各向异性的液晶相，通过全息曝光所产生的空间周期性光强分布，诱导单体聚合、相分离与液晶富集，从而在材料内直接写入具有折射率调制周期的三维结构。

HPDLC的形成机理与PPVHG在宏观框架上相似，依然是典型的强度全息术：两束或多束相干光在记录介质中形成干涉条纹，条纹的亮区与暗区对应不同的局部光强，驱动空间选择性的聚合‐扩散‐相分离过程。

HPDLC的形成过程

偏振体全息光栅（PVG）

PVG是一种记录由右旋圆偏振光（RCP）和左旋圆偏振光（LCP）组成的干涉光束的偏振信息的偏振型全息光学元件。

PVG基于各向异性液晶分子材料，通过光取向技术，在材料内部构建液晶分子等双折射材料分子的周期性空间旋转，从而导致PVG具有周期性的折射率分布。PVG衍射理论与前两种不同，是基于布拉格体效应和几何相位调控。制造工艺也有较大区别，现阶段主要是采用液晶涂覆和光取向技术，具有大规模、低成本制造的潜力。

相较于传统的体全息光栅，PVG从理论上可以达到衍射效率极限，具有大带宽与大角度的设计潜力，散射趋近于零，成像对比度高，同时还具有偏振选择性，可抑制杂散光与漏光，然而作为新兴技术，其稳定性和成本控制方面还有待优化的空间。

参考来源：

周亮等：全息光波导技术的发展与应用