探究3D傳感和近眼顯示應用的關鍵技術

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探究3D傳感和近眼顯示應用的關鍵技術

MEMS 發表於 2021-01-04 17:20:37

　　新冠疫情的爆發，增強現實（AR）設備等應用的興起，虛擬社交、線上會議及遠程辦公等新生市場需求逐漸增多，微光學元件的重要性突顯。加之自動駕駛傳感技術（如雷射雷達）的迅猛發展，催生各類微光學元件逐漸從「實驗室」走向了量產的「商業化產品」。為學術界與產業界架設橋梁，是麥姆斯諮詢「見微知著」培訓課程的宗旨之一，為此特開辦《第28期「見微知著」培訓課程：微光學元件核心技術》。本課程內容精彩紛呈，涵蓋了微納光學的基礎理論和製造工藝，又從反射型微光學元件（MEMS微鏡）、衍射型微光學元件（DOE）、導波微光學元件、光學相控陣（OPA）、超表面等典型微光學元件入手，詳解其設計、製造、測試、評價參數和應用案例，同時針對典型微光學元件開設了建模與仿真分析實操課程。本課程旨在幫助微光學元件產業鏈上下遊相關人員了解技術背景和發展脈絡、提升專業技能。

　　探究3D傳感和近眼顯示應用的關鍵技術，囊括產業熱點！

　　11月6日上午，由華中科技大學副教授易飛為大家開啟了微納光學之旅，帶來《微納光學理論基礎》。易飛老師從事人工光學微結構及其相關器件研究多年，與學員無私地分享了自己的思考和經驗。易飛老師在簡單介紹微納光學概念後，與學員重點分享了幾何光學、波動光學和量子光學三個經典光學分支，期望從光學理論的發展和演變為大家描繪出微光學的發展脈絡。隨後，易飛老師分析了電磁理論、光的傳播規律以及電磁波的基本類型等波動光學的基礎理論知識，為學員奠定了堅實的理論基礎。易飛老師表示，善用光波的傳播規律是微納光學及創造微光學元件的關鍵，因此本次課程的重點內容放在對光的幹涉、衍射以及偏振性的剖析。課程最後，易飛老師簡單介紹了目前的熱門微光學元件，如平面介質波導、二維波導等導波光學元件，以及超材料製成的各類光學元件，為接下來的一系列課程埋下精彩的伏筆。易飛老師的課程內容非常充實，資料也很詳實，為學員提供了豐富的課後學習資料。

　　11月6日下午開啟了針對各類微光學元件的講解，首先由華中科技大學副教授黃慶忠為大家講解《光波導元件》和《光學相控陣（OPA）》兩門課程。黃慶忠老師先從導波光學的基本概念和基礎理論入手，讓學員們對光波導的類型、涉及的門類知識以及光波導能夠構成的元器件有了初步了解，才開始深入講解其中的原理，講解過程循循善誘，能夠照顧到大多學員的學習進度。接著黃老師深度剖析了各類調製器、光開關、光電探測器等典型光波導元件，黃老師介紹道：目前在多種新興應用中都有光波導元件的身影，如在虛擬實境（VR）與增強現實（AR）智能眼鏡近眼顯示中就是非常重要的元件；同時還預判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，由於衍射光柵設計門檻高和「彩虹效應」的存在，做出理想的AR眼鏡仍然任重道遠。在針對光學相控陣的講解中，黃老師首先介紹了光源、調製器等主動微光學元件。隨後詳細講解了OPA的工作原理和主要類型，黃老師比較了常見OPA的優劣勢，認為綜合來看SOI波導OPA是最有望在消費市場大顯身手的類型。課程最後，黃老師在介紹了OPA的設計、工藝流程和潛在應用後，為大家做出總結：OPA的最大特點是非機械化地控制光束的掃描和定位，而雷射雷達朝著低成本、小型化、全固態的趨勢發展使得OPA成為其主要發展方向。

　　11月7日上午，由北京馭光科技發展有限公司董事長兼CEO田克漢老師為大家講解《衍射光學元件（DOE）》。在課程之初，田克漢老師先了解了學員對本次課程的訴求，與大家交流了在工作和研究中遇到和期望解決的問題，並根據大家的需求對後續講課進行了有的放矢的微調。在進入正式課程後，田克漢老師首先介紹了傳統光學、微納衍射光學和三維光學的特點及差異。隨後，田克漢老師結合板書，為大家展示了光的幹涉和衍射的原理以及多種算法，並著重推演了Fraunhofer算法和Fresnel算法，但田克漢老師也提到了Fresnel算法衍射成本高，需考慮的因素較多。接著，田克漢老師對3D傳感技術發展進行了介紹。他重點分析了智慧型手機中的3D傳感器，從而引出了基於結構光解決方案的DOE的特點、設計、製造以及發展趨勢。課程最後，田克漢老師與大家交流了自己多年在3D傳感器工程化中的經驗，並且將自己的真實感觸分享給大家。面對VR和AR等熱門應用，田老師表示其成敗不是某個技術問題，而是整個系統的問題，這也是國內需要創建和諧、有活力產業鏈的重要原因。

　　

　　北京馭光科技發展有限公司董事長兼CEO田克漢老師的授課風採

　　11月7日下午，《微光學元件製造工藝》由青島天仁微納科技有限責任公司董事長冀然授課，這是最受本場學員喜愛的課程之一。課程伊始，冀然老師從微光學元件與集成電路製造工藝的主要差異入手，讓學員從比較熟悉的集成電路製造工藝的角度去了解微光學元件的異同。隨後，冀然老師為學員詳細介紹了微納光學元件常用襯底材料以及對應的晶圓級光學元件（WLO）所用的單項工藝，如點膠、壓印、固化、脫模和刻蝕等。在針對微納光學元件的製造工藝中，冀然老師詳細講解了光刻工藝的流程以及用於微光學元件的無掩模直寫製造技術，如雷射直寫、雙光子聚合、電子束直寫、雷射幹涉、金剛石車削等光刻工藝；同時還介紹了用於微光學元件的特殊製造工藝；冀然老師著重講解了每種工藝的關鍵技術點和實踐中容易出現的問題，讓學員感到收穫頗豐！隨後冀然老師深度解讀了微光學元件中熱門的納米壓印光刻，對其技術要點、優勢、工藝流程以及所用設備和材料進行了深入挖掘。課程最後，冀然老師總結自己在納米壓印和微納加工領域二十年經驗，與大家分享了DOE、ToF Diffuser、晶圓級微透鏡陣列、AR衍射光波導、BioMEMS（生物MEMS）等微光學元件的工藝難點。

　　11月8日上午第一節課《MEMS微鏡》，由西北工業大學教授、西安知微傳感技術有限公司董事長喬大勇為大家講解。喬大勇老師首先從單體型、陣列型（DMD、微變形鏡）MEMS微鏡的典型產品以及相關定義入手，為大家開啟了MEMS微鏡的學習旅途。隨後喬老師以MEMS微鏡的主要驅動方式（靜電驅動、電磁驅動、電熱驅動）為重點，詳細比較了三大驅動方式的異同，以及相關典型器件的工作狀態，為大家理清了MEMS微鏡的工作原理和系統組成。在針對MEMS微鏡的設計、製造和評價的講解中，喬老師憑藉在企業中多年積攢的實戰經驗，為大家剖析工藝過程中可能遇到的難點和解決方法，並利用多個實例為大家詳解分析。喬老師感慨：「MEMS器件的設計、工藝、封裝和測試並沒有像IC行業一樣實現完全的分離，設計者必須全面掌握器件原理、結構設計、製造工藝和測試等一系列技術才能研製出成功的MEMS器件」。接著，喬老師根據MEMS微鏡的實際市場情況，分析了投影顯示、波前矯正、焦距調整、雷射標識、三維測量等重要應用，為大家打開了MEMS微鏡應用的思路。課程最後，喬老師介紹了MEMS微鏡和微變形鏡的產業鏈及主要供應商，為學員勾勒出一幅完整的MEMS微鏡技術和產業全景圖。

　　當天上午第二節課由北京理工大學教授黃玲玲為大家帶來《超表面光場調控和全息顯示》，這是本次課程中最受關注的課程之一。黃玲玲老師是「見微知著」系列課程中為數不多的「巾幗英雄」，講課內容嚴謹，緊跟技術前沿。黃玲玲老師首先從超構材料介紹入手，讓大家從多角度、發展的眼光、理論與實際相結合地認識和理解超表面，從而引出了本次課程的重點內容——光場調控和全息顯示。黃玲玲老師表示：「大多數感光記錄介質智能記錄光波的振幅，而全息術則可以攜帶物體的全部光信息，與平面成像和多角度成像具有顯著區別。」隨後，黃玲玲老師從全息的起源、原理、發展情況等方面向大家全面展示了全息顯示技術。全息與納米技術的結合拓寬了傳統全息的發展道路，而超表面全息是全息技術發展的新風向標。課程最後，黃玲玲老師為大家展現了目前北理工課題組在超表面全息方面的研究工作內容及進展情況。在黃玲玲老師看來，超表面的前景發展非常廣闊，在超表面全息顯示與VR/AR結合、動態3D全息、超透鏡、光學神經網絡以及量子信息處理等方面將有很高的助益增效。

　　11月8日下午，此次培訓的最後一門課程《微光學元件建模與仿真分析》由COMSOL中國資深應用工程師、麥姆斯諮詢「最受歡迎講師」之一的鐘振紅老師為大家帶來。鍾振紅老師在COMSOL仿真領域擁有數十年經驗，在簡單介紹COMSOL Multiphysics及其光學仿真功能後，講解了波動光學模塊，詳解了波動光學的各類物理場接口的適用場景。隨後，鍾振紅老師以DOE為例，帶領大家進入了本次課程的重點內容——實操環節。鍾振紅老師一直以耐心、細心和專業而著稱，在實際操作中能夠時刻關注學員的進度，在講解操作注意事項的同時，兼顧與學員的互動交流，保證學員能夠跟上實操進度。另外鍾振紅老師非常注重學員對器件模擬的理解，常常通過自己的「誤操作」，提醒學員不要出現類似錯誤，讓大家記憶猶新。

　　提問，是學習的開端，也是認知的升華！

　　學員的熱情提問，既是學員本身認知提升的一種方式，也是激發講師從實踐經驗角度解釋晦澀知識的良好方式。同時，幫助學員與講師打造資源互換增益的平臺，也是麥姆斯諮詢的重要使命。學員們也對此次培訓給予了高度評價，認為短暫的三天既是付出，更是豐收！

　　原文標題：微光學開啟「新視野」，賦能3D傳感和近眼顯示應用

　　文章出處：【微信公眾號：MEMS】歡迎添加關注！文章轉載請註明出處。

　　責任編輯：haq

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