AR应用场景全面扩张，光学材料成为关键胜负手

在科技飞速发展的当下，AR眼镜作为连接虚拟与现实的关键设备，正逐渐融入人们的生活。从消费级的观影、游戏体验，到工业、医疗、教育等专业领域的应用拓展，AR眼镜市场呈现出蓬勃发展的态势。当前AR行业的规模化普及，离不开一批成熟度高、适配性强的光学材料支撑。其中，传统光学玻璃与树脂、碳化硅占据核心地位，分别在不同技术路线中发挥关键作用。

图源：Rokid乐奇

光学玻璃

玻璃的折射率在光学系统的应用中起着非常重要的作用，一般在1.5-1.7。随着科技的发展，采用折射率在1.9以上的高折射率光学玻璃来满足光学器件的发展需求已经成为高性能光学玻璃的发展方向。

目前报道的高折射率(nd≥2.0)玻璃，主要加入了高含量的过渡元素氧化物，如TiO2、WO3、Nb2O5、Ta2O5等，加入的过渡元素氧化物对环境的危害较小，并且使玻璃具有较高的折射率。高折射率光学玻璃的主要体系有镧系玻璃、铋系玻璃、硫系玻璃等。

作为特种玻璃的创造者，肖特致力于采用高端光学玻璃组件推动AR/MR的未来发展。肖特具备全链路制造能力，从光学玻璃熔制、晶圆超精密加工，到真空镀膜、波导组装，实现了端到端自主可控，有力保障了产品的一致性与量产稳定性。目前，该技术已与行业头部伙伴深度协同，成为Meta Ray-Ban等标杆产品的核心光学元件供应商。

玻璃晶圆，图源：肖特

光学树脂

光学树脂是一种高分子有机化合物，经模压浇铸成型或注塑成型。目前市场上主流的光学树脂包括环烯烃聚合物（COC/COP）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，其中高折射率改性树脂是技术升级的核心方向。

相较行业普及的玻璃光波导，树脂衍射光波导技术具有显著优势：轻量化，树脂材料密度仅为玻璃材料密度的1/3~1/4，但两者在光学性能表现上几乎无差异；抗跌落，树脂光波导镜片在抗跌落能力层面表现更硬核，有效延长使用寿命；安全性，树脂光波导镜片的抗冲击能力更强，大幅提升佩戴安全指数。

采用1.74高折射率树脂光波导的AR眼镜，图源：莫界科技

聚碳酸酯（PC）

PC既具有类似有色金属的强度，同时又兼备延展性及强韧性，它的冲击强度极高，能经受住电视机荧光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又极好，并可施以任何着色。光学PC材料有良好的透光率，通常在90%以上；折射率为1.5-1.6，耐冲击性能良好，所以也可用在AR眼镜光波导树脂镜片。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

PMMA是甲基丙烯酸甲酯（MMA）的均聚物或共聚物，俗称有机玻璃、亚克力等，具有高透明度、低价格、易于机械加工等优点，是平常经常使用的玻璃替代材料。PMMA密度较低、机械强度高、透光率高达92%，在光学性能、电绝缘性、耐候性及加工成型性方面均表现优异。

环烯烃聚合物（COC/COP）

环烯烃共聚物（COC）和环烯烃均聚物（COP）是一类具有环状结构的非晶性透明高分子材料。COC/COP具有非常优越的光学特性，拥有高透光性（大于95%）、高折射率及低双折射率（<0.05%），光学性能优于PC/PMMA材料；密度小于玻璃，能显著降低设备重量，满足小型/轻量的光学设计需求。

国内COC材料供应商拓烯科技已与歌尔光学达成深度合作，成为其供应链中的重要一环。

拓美特®TAMT®（COC），图源：拓烯科技

碳化硅（SiC）

碳化硅作为一种先进材料，已在功率半导体领域被广泛应用，并开始进入AR眼镜领域。碳化硅能够为AR眼镜带来四大优势：

一是实现更大视场角。碳化硅材料的折射率可达2.6以上，单层碳化硅镜片即可实现80度以上的视场角。

二是有助于解决彩虹纹问题。高折射率的碳化硅可以压缩光在材料中的有效波长，进而降低光栅周期，增大环境光的衍射角度，使其超出人眼的观察范围，进而解决分光造成的彩虹纹问题。

三是延长稳定续航时间。碳化硅的热导率（约490W/m·K）远高于玻璃（约1W/m·K）、树脂等传统光学材料，能够快速传导光机模块和计算单元产生的热量，支持高亮度显示和长时间稳定运行。

四是简化散热设计。碳化硅的高热导性允许将散热功能集成到光波导片本身，通过被动散热即可满足需求。另外，碳化硅优秀的散热性能为提升AR眼镜集成度、配置更多传感器留出冗余。

随着AR眼镜产品形态逐步落地，相关光学方案受到行业关注，国内企业也在加快材料与工艺层面的布局。XREAL、雷鸟创新、慕德微纳、广纳四维等AR眼镜及硬件厂商已在加速碳化硅光波导布局，与此同时，天岳先进、天科合达、烁科晶体、同光半导体、浙江晶瑞、山西天成、乾晶半导体等碳化硅衬底企业也在迅速跟进。

（a）SiC波导晶圆及（d）SiC波导镜片，图源：西湖大学工学院SOE

参考来源：

[1]郭融等：环烯烃共聚物和均聚物性能对比

[2]王衍行等：高折射率光学玻璃的研究进展

[3]先进功能材料、粉体网、中国复材