AI逆向设计+碳化硅！视场角推至75°，碳化硅光波导走到商用前夜

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）AI 眼镜与消费级 AR 产业持续演进，光波导作为 AR 眼镜的核心光学组件，直接决定设备视场角、成像画质、整机重量与佩戴体验。为了兼顾轻薄外形与显示体验，行业试图通过光学材料，突破传统物理瓶颈。在此背景下，碳化硅（SiC）凭借其卓越的光学特性，正在成为下一代AR光波导的关键材料，国内外企业和科研机构围绕这一赛道展开了布局。

碳化硅光波导：改写 AI 眼镜物理上限

碳化硅属于宽禁带半导体材料，区别于传统光学玻璃、树脂，它拥有2.6到2.7 的高折射率，远高于传统光学玻璃的2.0，高折射率为AI眼镜打开超大视场角的物理上限。

此外，碳化硅材料的密度相对较低，约为3.6，可以满足AI眼镜的轻量化需求。同时碳化硅材料具备机械硬度与化学稳定性，此外，碳化硅具有极高的热导率和极低的热膨胀系数，其中热导率可以接近铜，可以提升AI眼镜的散热性能，在温度变化环境下仍能保持光学性能的稳定。尤其适合贴近人体佩戴、面临复杂热环境的AI眼镜应用。

2024年9月，Meta发布了首款搭载碳化硅光波导的AR眼镜Orion。作为AI眼镜领域的风向标，这一动作被业内视为一个重要信号——采用碳化硅光波导方案的AI眼镜，将成为未来5到10年的主流产品形态。终端产品层面，已经出现搭载国产碳化硅光波导的 AR 硬件。Coray Air2搭载了广纳四维 C45C 碳化硅波导，整机重量 49 克，首发定价 4999 元，是碳化硅波导消费级 AR 眼镜落地案例之一。

当然，碳化硅并非没有挑战。其极高的硬度使得刻蚀和抛光难度远超玻璃，加工成本和良率控制是制约大规模量产的核心难题。但随着半导体加工工艺的进步，这些问题正在被逐步攻克。

碳化硅材料分为导电性碳化硅、高纯碳化硅（半绝缘型）。导电性碳化硅在普通光线下呈现淡绿色状态。高纯碳化硅可以用在AR镜片上，且可应用在功率器件等领域。

不过，面向 AR 光波导的半绝缘碳化硅衬底现阶段主流使用 6 英寸碳化硅衬底，单块晶圆仅能够制作 2 副 AR 眼镜波导镜片，材料产出效率低，成本高，整体市场需求还比较有限，尚未形成大规模出货。业内人士认为，晶圆尺寸升级是改善材料利用率的核心路径，大尺寸衬底普及能够显著提高单片晶圆产出。例如8 英寸碳化硅晶圆单片可加工 3到4 副镜片，12 英寸晶圆则可产出 8到9 副眼镜镜片。

AI设计+碳化硅：告别彩虹、鱼骨伪影，75°视场角

国内产业链已经形成 “企业工程化迭代 + 高校前沿科研突破” 双线并行格局，头部光学企业陆续推出碳化硅光波导模组样品，高校科研团队进一步把单层 SiC 光波导视场角推到新高度。

就在2025年，西湖大学联合慕德微纳、西湖大学光电研究院开发了碳化硅光波导，采用单层SiC衍射光波导的设计，重量仅为3.795克、厚度为0.75毫米。

图源：慕德微纳

慕德微纳技术总监蔡璐在公开演讲中给出了一组传统AR光波导与碳化硅AR光波导在结构设计与物理形态上对比数据。

结构设计上，传统方案采用复杂的“三明治”分层堆叠结构。为了实现全彩（RGB）显示，波导层需要两到三层，必须分别制作红光波导和蓝光波导，并在上下两侧覆盖保护层。得益于碳化硅材料的高折射率特性，碳化硅方案仅需单层 SiC Waveguide 即可，保护层可以采用有机物或者无机物紧密覆盖在波导的正面和背面，简化了光学模组结构。

在保持相同视场角（FOV 30°-50°）的前提下，碳化硅方案的波导层从传统的 1—2mm 缩减至 0.5mm，覆盖层从 0.4—0.8mm 极致压缩至 0.025mm，总厚度从 2—3mm 大幅降低至 0.55mm，实现了亚毫米级的超薄形态。总重量从传统的 10—15g 骤降至 2.7g，减重幅度高达 70%—80%。

该产品的另一重要特性是消除了“彩虹伪影”。慕德微纳从三个方面进行解决，一是通过布局调制减少由垂直光引起的彩虹现象，二是通过减小光栅深度来降低光效，三是减小光栅间距，可以把视野范围内的彩虹纹转给偏移到视线范围外的位置。

在前沿科研层面，今年8月浙江大学光电学院郑臻荣教授团队及其合作单位，在《Science Advances》发表重磅论文，基于 AI 逆向设计结合碳化硅基底，研发出单层全彩 AR 光波导，不仅彻底消除了传统衍射波导的鱼骨伪影和彩虹效应，还实现了 75° 超宽视场角。

波导AR显示系统的示意图及PC-GAN示意图（图源Science Advances）

传统AR光波导的核心难题是光利用效率、画面角度均匀性与色彩色散三者无法同时优化，视场角突破50°后，鱼骨伪影、彩虹效应等显示缺陷会显著加剧。多层堆叠方案虽可规避，却导致镜片增厚增重、工艺复杂、良率与成本压力巨大。同时，视场角大小高度依赖基底材料折射率，普通聚合物和玻璃折射率有限，难以突破70°以上。而碳化硅虽具备高折射率优势，但如何设计适配其材料特性的纳米光栅结构，始终是制约大视场角实现的关键技术难题。

浙大团队针对传统AR光波导长期面临的鱼骨伪影、彩虹效应与色散难题，开发出一套基于物理约束生成对抗网络（PC-GAN）的超构光栅逆向设计方法。该技术的核心创新在于将光学物理规则直接嵌入AI生成模型内部，引入两项关键物理评判准则——一项专门管控出瞳亮度均匀性以抑制鱼骨伪影，另一项约束光栅周期从源头消除色散与彩虹效应，使AI能够自主寻找满足多重约束的纳米光栅构型，摆脱了对人工试错的依赖。

团队据此发现了两类超光栅结构：雪花状（SLMG）光学性能上限更高，椭圆形（ELMG）加工容错性更好。基于ELMG方案，团队采用碳化硅材料完成样件制备，实现75°超宽视场角、1100尼特亮度，可见光谱范围内亮度均匀性达49.7%，远超传统二维波导低于20%的水平。

在浙大团队实现75°突破之前，国内也已有企业光波导视场角领域取得一定的技术突破。 2026 年 1 月，歌尔光学推出F50Se 碳化硅基底光波导模组，该模组采用折射率达2.65的碳化硅基材，成功将视场角从30°级别提升至50°级别，实现了AR显示领域的一次重要跨越。

小结

当前碳化硅光波导正处于研发样品向小批量商用过渡的关键阶段。实验室指标已经实现 75° 超大视场，企业量产产品可以达到 4550° 视场区间，部分产品已经实现终端上市。可以期待的是，随着晶圆产能释放、刻蚀良率持续改善，成本持续下探，碳化硅光波导有望加速渗透主流消费级市场。

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