探究3D传感和近眼显示应用的关键技术

　　新冠疫情的爆发，增强现实（AR）设备等应用的兴起，虚拟社交、线上会议及远程办公等新生市场需求逐渐增多，微光学元件的重要性突显。加之自动驾驶传感技术（如激光雷达）的迅猛发展，催生各类微光学元件逐渐从“实验室”走向了量产的“商业化产品”。为学术界与产业界架设桥梁，是麦姆斯咨询“见微知著”培训课程的宗旨之一，为此特开办《第28期“见微知著”培训课程：微光学元件核心技术》。本课程内容精彩纷呈，涵盖了微纳光学的基础理论和制造工艺，又从反射型微光学元件（MEMS微镜）、衍射型微光学元件（DOE）、导波微光学元件、光学相控阵（OPA）、超表面等典型微光学元件入手，详解其设计、制造、测试、评价参数和应用案例，同时针对典型微光学元件开设了建模与仿真分析实操课程。本课程旨在帮助微光学元件产业链上下游相关人员了解技术背景和发展脉络、提升专业技能。

　　探究3D传感和近眼显示应用的关键技术，囊括产业热点！

　　11月6日上午，由华中科技大学副教授易飞为大家开启了微纳光学之旅，带来《微纳光学理论基础》。易飞老师从事人工光学微结构及其相关器件研究多年，与学员无私地分享了自己的思考和经验。易飞老师在简单介绍微纳光学概念后，与学员重点分享了几何光学、波动光学和量子光学三个经典光学分支，期望从光学理论的发展和演变为大家描绘出微光学的发展脉络。随后，易飞老师分析了电磁理论、光的传播规律以及电磁波的基本类型等波动光学的基础理论知识，为学员奠定了坚实的理论基础。易飞老师表示，善用光波的传播规律是微纳光学及创造微光学元件的关键，因此本次课程的重点内容放在对光的干涉、衍射以及偏振性的剖析。课程最后，易飞老师简单介绍了目前的热门微光学元件，如平面介质波导、二维波导等导波光学元件，以及超材料制成的各类光学元件，为接下来的一系列课程埋下精彩的伏笔。易飞老师的课程内容非常充实，资料也很详实，为学员提供了丰富的课后学习资料。

　　11月6日下午开启了针对各类微光学元件的讲解，首先由华中科技大学副教授黄庆忠为大家讲解《光波导元件》和《光学相控阵（OPA）》两门课程。黄庆忠老师先从导波光学的基本概念和基础理论入手，让学员们对光波导的类型、涉及的门类知识以及光波导能够构成的元器件有了初步了解，才开始深入讲解其中的原理，讲解过程循循善诱，能够照顾到大多学员的学习进度。接着黄老师深度剖析了各类调制器、光开关、光电探测器等典型光波导元件，黄老师介绍道：目前在多种新兴应用中都有光波导元件的身影，如在虚拟现实（VR）与增强现实（AR）智能眼镜近眼显示中就是非常重要的元件；同时还预判表面浮雕光栅方案是目前AR眼镜走向消费市场的不二之选，由于衍射光栅设计门槛高和“彩虹效应”的存在，做出理想的AR眼镜仍然任重道远。在针对光学相控阵的讲解中，黄老师首先介绍了光源、调制器等主动微光学元件。随后详细讲解了OPA的工作原理和主要类型，黄老师比较了常见OPA的优劣势，认为综合来看SOI波导OPA是最有望在消费市场大显身手的类型。课程最后，黄老师在介绍了OPA的设计、工艺流程和潜在应用后，为大家做出总结：OPA的最大特点是非机械化地控制光束的扫描和定位，而激光雷达朝着低成本、小型化、全固态的趋势发展使得OPA成为其主要发展方向。

　　11月7日上午，由北京驭光科技发展有限公司董事长兼CEO田克汉老师为大家讲解《衍射光学元件（DOE）》。在课程之初，田克汉老师先了解了学员对本次课程的诉求，与大家交流了在工作和研究中遇到和期望解决的问题，并根据大家的需求对后续讲课进行了有的放矢的微调。在进入正式课程后，田克汉老师首先介绍了传统光学、微纳衍射光学和三维光学的特点及差异。随后，田克汉老师结合板书，为大家展示了光的干涉和衍射的原理以及多种算法，并着重推演了Fraunhofer算法和Fresnel算法，但田克汉老师也提到了Fresnel算法衍射成本高，需考虑的因素较多。接着，田克汉老师对3D传感技术发展进行了介绍。他重点分析了智能手机中的3D传感器，从而引出了基于结构光解决方案的DOE的特点、设计、制造以及发展趋势。课程最后，田克汉老师与大家交流了自己多年在3D传感器工程化中的经验，并且将自己的真实感触分享给大家。面对VR和AR等热门应用，田老师表示其成败不是某个技术问题，而是整个系统的问题，这也是国内需要创建和谐、有活力产业链的重要原因。

　　

　　北京驭光科技发展有限公司董事长兼CEO田克汉老师的授课风采

　　11月7日下午，《微光学元件制造工艺》由青岛天仁微纳科技有限责任公司董事长冀然授课，这是最受本场学员喜爱的课程之一。课程伊始，冀然老师从微光学元件与集成电路制造工艺的主要差异入手，让学员从比较熟悉的集成电路制造工艺的角度去了解微光学元件的异同。随后，冀然老师为学员详细介绍了微纳光学元件常用衬底材料以及对应的晶圆级光学元件（WLO）所用的单项工艺，如点胶、压印、固化、脱模和刻蚀等。在针对微纳光学元件的制造工艺中，冀然老师详细讲解了光刻工艺的流程以及用于微光学元件的无掩模直写制造技术，如激光直写、双光子聚合、电子束直写、激光干涉、金刚石车削等光刻工艺；同时还介绍了用于微光学元件的特殊制造工艺；冀然老师着重讲解了每种工艺的关键技术点和实践中容易出现的问题，让学员感到收获颇丰！随后冀然老师深度解读了微光学元件中热门的纳米压印光刻，对其技术要点、优势、工艺流程以及所用设备和材料进行了深入挖掘。课程最后，冀然老师总结自己在纳米压印和微纳加工领域二十年经验，与大家分享了DOE、ToF Diffuser、晶圆级微透镜阵列、AR衍射光波导、BioMEMS（生物MEMS）等微光学元件的工艺难点。

　　11月8日上午第一节课《MEMS微镜》，由西北工业大学教授、西安知微传感技术有限公司董事长乔大勇为大家讲解。乔大勇老师首先从单体型、阵列型（DMD、微变形镜）MEMS微镜的典型产品以及相关定义入手，为大家开启了MEMS微镜的学习旅途。随后乔老师以MEMS微镜的主要驱动方式（静电驱动、电磁驱动、电热驱动）为重点，详细比较了三大驱动方式的异同，以及相关典型器件的工作状态，为大家理清了MEMS微镜的工作原理和系统组成。在针对MEMS微镜的设计、制造和评价的讲解中，乔老师凭借在企业中多年积攒的实战经验，为大家剖析工艺过程中可能遇到的难点和解决方法，并利用多个实例为大家详解分析。乔老师感慨：“MEMS器件的设计、工艺、封装和测试并没有像IC行业一样实现完全的分离，设计者必须全面掌握器件原理、结构设计、制造工艺和测试等一系列技术才能研制出成功的MEMS器件”。接着，乔老师根据MEMS微镜的实际市场情况，分析了投影显示、波前矫正、焦距调整、激光标识、三维测量等重要应用，为大家打开了MEMS微镜应用的思路。课程最后，乔老师介绍了MEMS微镜和微变形镜的产业链及主要供应商，为学员勾勒出一幅完整的MEMS微镜技术和产业全景图。

　　当天上午第二节课由北京理工大学教授黄玲玲为大家带来《超表面光场调控和全息显示》，这是本次课程中最受关注的课程之一。黄玲玲老师是“见微知著”系列课程中为数不多的“巾帼英雄”，讲课内容严谨，紧跟技术前沿。黄玲玲老师首先从超构材料介绍入手，让大家从多角度、发展的眼光、理论与实际相结合地认识和理解超表面，从而引出了本次课程的重点内容——光场调控和全息显示。黄玲玲老师表示：“大多数感光记录介质智能记录光波的振幅，而全息术则可以携带物体的全部光信息，与平面成像和多角度成像具有显著区别。”随后，黄玲玲老师从全息的起源、原理、发展情况等方面向大家全面展示了全息显示技术。全息与纳米技术的结合拓宽了传统全息的发展道路，而超表面全息是全息技术发展的新风向标。课程最后，黄玲玲老师为大家展现了目前北理工课题组在超表面全息方面的研究工作内容及进展情况。在黄玲玲老师看来，超表面的前景发展非常广阔，在超表面全息显示与VR/AR结合、动态3D全息、超透镜、光学神经网络以及量子信息处理等方面将有很高的助益增效。

　　11月8日下午，此次培训的最后一门课程《微光学元件建模与仿真分析》由COMSOL中国资深应用工程师、麦姆斯咨询“最受欢迎讲师”之一的钟振红老师为大家带来。钟振红老师在COMSOL仿真领域拥有数十年经验，在简单介绍COMSOL Multiphysics及其光学仿真功能后，讲解了波动光学模块，详解了波动光学的各类物理场接口的适用场景。随后，钟振红老师以DOE为例，带领大家进入了本次课程的重点内容——实操环节。钟振红老师一直以耐心、细心和专业而著称，在实际操作中能够时刻关注学员的进度，在讲解操作注意事项的同时，兼顾与学员的互动交流，保证学员能够跟上实操进度。另外钟振红老师非常注重学员对器件模拟的理解，常常通过自己的“误操作”，提醒学员不要出现类似错误，让大家记忆犹新。

　　提问，是学习的开端，也是认知的升华！

　　学员的热情提问，既是学员本身认知提升的一种方式，也是激发讲师从实践经验角度解释晦涩知识的良好方式。同时，帮助学员与讲师打造资源互换增益的平台，也是麦姆斯咨询的重要使命。学员们也对此次培训给予了高度评价，认为短暂的三天既是付出，更是丰收！

　　原文标题：微光学开启“新视野”，赋能3D传感和近眼显示应用

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　　责任编辑：haq