许恒深团队在《光学 精密工程》发表几何光波导头戴显示器论文

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　　湖南大学机械与运载工程学院国家高效磨削中心许恒深团队在《光学 精密工程》发表论文《高性能几何光波导头戴显示器设计》。该研究针对增强现实对光波导大视场角、轻薄化及高沉浸感的需求，设计了基于阵列式几何薄膜光波导结构的可量产化透射式头戴显示器光学系统，通过“双半波片”偏振混合设计将显示均匀性从59.66%~61.12%提升至76.61%，依托国内成熟光学加工链突破量产瓶颈，成功制备样机并实现规模化生产。

　　增强现实(AR)技术作为革命性交互手段，在多领域应用前景广阔，而轻量级穿透式头戴显示器是其核心载体。当前主流光学方案存在诸多短板：棱镜型系统视场角小，自由曲面棱镜加工复杂、厚度难减，全息波导均匀性差、量产困难。谷歌眼镜、爱普生等产品要么视场角仅15°左右，要么体积厚重，难以兼顾性能与便携性，光波导模组的量产工艺更是行业核心瓶颈。

　　为破解这一难题，团队基于阵列式几何光波导原理，打造了由目镜系统、阵列波导系统和照明系统组成的一体化方案。阵列波导采用定制化角度选择膜系的半透半反薄膜阵列作为光学组合器，实现出瞳扩展，在薄厚度下保障大视场。针对单一偏振光显示均匀性不足的问题，创新提出“双半波片”偏振混合设计，通过在耦入面特定位置粘贴两片宽度1mm的半波片，实现p光与s光的高效混合，大幅提升画面均匀度。

　　在量产化方面，团队充分依托国内成熟光学加工链，整合精密切割、研磨抛光、复杂膜系真空镀膜及精密胶合等工艺，仅新增半波片贴膜工序，未增加成本与复杂度，成功突破高精度加工、膜厚控制等量产壁垒。实测显示，样机镜片厚度仅1.5mm，单个波导片质量低于5.5g，整套光学系统总重约30g，尺寸为66mm×16mm×29mm，兼具轻薄便携与高显示质量，图像清晰度优异、色彩保真度高，可满足消费级与工业级双重需求。

　　该设计有效解决了AR头戴显示器性能与量产难兼顾的行业痛点，为消费级AR产品的普及提供了可行技术路径。其依托国内供应链实现量产的优势，不仅降低了产品成本，更推动我国在AR光学核心器件领域的技术突破，对工业检测、医疗辅助、智能穿戴等应用场景的落地具有重要意义。未来，团队将进一步优化系统性能，拓展更多应用场景。