XR产业寒冬里，微纳光学制造蓄力“iPhone时刻”

集微网消息（文/李沛），刚刚公布的Meta一季度财报中，Reality Labs“不负众望”，单季亏损39.9亿美元，展望全年，扎克伯格更是直言：“我们继续预计Reality Labs的运营亏损将在2023年同比增加”，这意味着，Meta围绕XR软硬件生态，今年还将烧掉过百亿美元。

在赞叹扎克伯格愿力与心力的同时，这样堪称史诗级的亏损，也折射出当下XR产业的逼人“寒意”，以至于另两大备受瞩目的玩家：字节和苹果，近期也都有相关业务与产品线收缩的传闻。

欲戴冠冕，必承其重，XR所勾勒的新一代人机交互终端宏大愿景，显然并非其当下商业化现状所能承载，外界的怀疑乃至嘲讽恰是“理所当然”。

参考人工智能产业走过的路径，在2016年谷歌AlphaGo奠定的“人工智能元年”后，产业界同样经历过艰辛备至的寒冬，大量投机泡沫被挤出，并最终凭借NLP领域Transformer模型的横空出世，为2022年底ChatGPT的横空出世准备了条件。

在寒冬中守望，XR产业诸多软硬件支撑技术中，微纳光学制造，或许正是创造推动产业迎来“iPhone时刻”的关键。

技术路线冷热之辨

无论对数实融合的景观有多少种展望和解读，作为数字世界“入口”的XR沉浸式人机交互设备，无疑是其中最具识别度的共性元素。长期以来在大众心智中，“像一幅眼罩/头盔”也已成为对XR设备根深蒂固的认知，这一产品形态，正是现阶段处理器、传感器、显示器、光学器件等基础材料、器件水平所共同决定的，并向上对内容与应用构成约束。

面对“硬技术”的制约，XR产业界在商业概念和产品形态上做出了不懈尝试，甚至元宇宙这一概念也直接出自于XR业界，2018年，Oculus创始人杰森·鲁宾致信脸书董事会成员、硅谷“造雨人”马克·安德森（Marc Andreessen），提出：“打破消费者对VR无感的正确方法，是满足他们对社交媒体的终极需求：元宇宙（THE METAVERSE）”。

不过从2022年以来市场表现看，XR距离商业成功乃至更初级的产品成功也依然遥远，现有产品普遍存在尺寸重量功耗和成本（SWaP-C）的硬伤，难以走出利基市场，达到作为生产力工具的可用性水平。

从人机交互的“第一性原理”思考，对照杰森·鲁宾的构想，即“我可能一天登录很多次脸书，但我会住在元宇宙，工作在元宇宙”，不难看出，VR/MR设备较大的体积重量，以及视线与外部光线隔绝，使其注定难以成为新一代人机交互的“终极答案”。可以如眼镜般佩戴，在透明镜片上投影，使人眼同时能看到透射环境光与虚拟图像的AR设备，很可能将是突破应用临界点的必由之路。

由于光机不能遮挡视线，必须布置在旁侧，投出的影像需要“拐弯”进入人眼，AR设备光学模组技术含量与价值量占比通常明显高于VR/MR，AR产业不长的发展史，也可以被视为光学器件的进化史。早期棱镜、Birdbath、自由曲面的产品方案体积重量不断攀升，甚至向VR设备靠拢，基于微纳光学制造的光波导镜片很快成为优选技术路线，在实现可接受的成像质量同时，外观也更接近人类已佩戴数百年的眼镜镜片，消费市场实用潜力巨大。

根据光机投射影像耦入耦出光波导平面的原理不同，光波导又可细分为阵列光波导、衍射光波导和体全息光波导三条路线，其中又以衍射光波导为当下最热门的方向。

从原理上看，衍射光波导已经离开了经典几何光学的范畴，利用光在微纳尺度上的衍射效应，通过平面上微纳尺度的浮雕光栅等形貌结构，实现对光束的控制，由于其制备涉及到掩膜母板制作、显影蚀刻等图形化工艺，与半导体集成电路产业链有相当明显的技术继承关系，可以大量复用半导体产业的成熟装置、材料、工艺及人才资源。

集微网采访的多位业内专家均表示，衍射光波导大规模量产可行性更高，相对成熟稳定，制备工艺一旦成功贯通，容易标准化，在海外已形成方向性共识。

值得注意的是，复用集成电路工装工艺的晶圆级光学（WLO），在衍射光波导之外，还可提供超透镜、偏振带通滤波器、半波片、完美吸收体、光束偏转器等产品，在消费电子、6G通信、生命科学等领域都有广阔应用潜力。

相比之下，我国微纳光学制造发展，则明显偏重于较为“冷门”的阵列光波导与体全息光波导，其原因则各有不同。

阵列光波导技术路线在国内的兴旺，根本原因在于中国光学冷加工雄厚的产业基础，作为全球70%以上光学冷加工能力汇聚的中心，我国已形成了广东中山火炬开发区等现象级产业集群，研发与生产要素的集聚，使国内企业推进阵列光波导技术路线，较Lumus等海外企业更为有利，某些海外产业格局下的“瓶颈”，在国内有着不同的技术前景评估。

至于体全息光波导路线，尽管Digilens等企业已初步建立起从技术到专利族的先发优势，但这一优势较衍射光波导还薄弱得多，对于后发竞争者而言，仍有正面追赶乃至超越的现实可能，国内灵犀微光等企业绕开Digilens银盐专利，在光致聚合物路线上的投入，已经取得了较大成果。

弯道超车变翻车？

不可否认，我国厂商目前在微纳光学制造上业已取得长足进步，成为全球产业界有声有色的力量，但这样的成绩，还远远谈不上作为未来成功的判断依据。

例如在AR领域，从产品体验和市场规模两大维度看，AR终端设备，目前仍然处于发展的极早期，在B端企业级市场出现小规模应用，C端消费级市场甚至连“第三块屏幕”的显示功能尚且不具备，集微网采访的业内人士普遍认为，AR产品的大规模普及，至少需要五到十年时间，如果把光学模组类比做手机必须的通信基带芯片，那么当前的AR恐怕仅仅跨过了模拟制式功能机的门槛，想要实现智能机的愿景，成为取代手机的下一代人机交互终端，除了光学模组的进化，低延时高速通信、空间计算算法（SLAM）、定位追踪（DoF）、轻量长效续航乃至应用开发生态的协同演进也“一个都不能少”。

产业发展极早期的“热身活动”中，本土厂商在“旧路”和“小路”上表现抢眼，却不代表发令枪响后，依然能够在长跑中竞逐领先位置，对中国企业来说，技术路线选择上，潜藏着不容忽视的隐患。

微纳光学制造领域，我国企业近年来“国内第一”、“全球领先”宣传不绝于耳，但在晶圆级光学上，从基础光学理论、到设计验证软件（zemax）、光栅设计（Microsoft）、生产检测设备（应用材料、EVG公司）、原材料（康宁、肖特），乃至光机等分系统和VR/AR终端硬件、应用软件、开发者社区，欧美日等发达国家业已形成比较完整的产业链生态，在这方面，中国企业世界水平的的差距可能不减反增。

更令人担忧的是，国内厂商试图“弯道超车”的体全息光波导，近期发生了不祥的变化，这一赛道领军企业，突破了体全息光波导“卷对卷”生产的装置、材料、工艺并建立了其核心专利壁垒的Digilens公司，近期却高调宣布将大举投入衍射光波导路线。国际光电工程学会对此做出了公开褒扬，声称“在过去的 50 年里，摩尔定律推动了IC制造技术的连续革命。在过去的二十年里，纳米压印光刻 (NIL) 一直是3D纳米结构复制的重要工具，并在晶圆级光学行业产生了良好的共鸣，为从超透镜到AR波导光栅提供了新的机会。随着新挑战的出现，例如在大面积上没有任何残留层的更高纵横比高倾斜纳米结构，该行业别无选择。我对DigiLens最近的SRG+开发感到兴奋，它提供了一个新的、满足如此严格的纳米结构要求的低成本复制技术。AR波导领域只是冰山一角，因为这种新颖的纳米结构和相关成本模型创造了从生物技术到量子等领域的新设计和应用机会。”

Digilens的”叛变“，无疑有看好晶圆级光学产业前景的因素，事实上，苹果近期就传出将在2024年率先实用化超透镜，正如上文所述，这也是晶圆级光学的重要产品，同样依靠半导体工艺在光学材料表面形成特定形貌。超透镜的实用化，有望有力拉动台积电子公司—专业光学晶圆代工厂采钰(VisEra)业绩表现。

试图“弯道超车”的中国企业，会否在这一剧变中“弯道翻车”？无论如何，中国产业界，不应在晶圆级光学的挑战面前继续犹疑了。

令人欣喜的是，在超透镜、衍射光波导等创新赛道日趋活跃的背景下，我国产业政策也正在发力，日前上海临港新片区出台了《加快XR产业集聚发展行动方案（2023-2025年）》，对光学器件发展做出了周全部署，提出“大力发展晶圆级光学元件、阵列光波导、表面浮雕光栅衍射光波导、体全息光栅衍射光波导等光学模组，使增强现实（AR）、混合现实（MR）终端设备迈向轻薄化、轻量化。“

结语

再过数年回首，元宇宙的亢奋后，VR/AR产业恐怕将走过一段高潮-低谷-光明的加特纳炒作周期洗礼，中国光学微纳制造能否追上乃至引领世界前沿发展，是一个有重大意义的“真问题”。

1994年10月，钱学森致信戴汝为等三位学者，提出“灵境技术（VR）是继计算机技术革命之后的又一项技术革命，它将引发一系列震撼全世界的变革，一定是人类历史中的大事”。

中国产业人，重任在肩，理当在这场变革中做出不负时代的贡献，我们衷心期望，半导体领域苦苦追赶的辛酸往事，不应当，也不会在这一新兴产业上重演。（校对/武守哲）