碳化硅：我強但我貴。樹脂：我便宜但我菜。光學玻璃：我均衡！

1968年，被譽為“計算機圖形學之父”的哈佛大學計算機科學家IvanSutherland構建了世界上第一個虛擬現實（VR）系統。這款設備是全球首臺頭戴式顯示器，但由于過于沉重，必須懸掛在天花板上使用，因此被形象地稱為“達摩克利斯之劍”。在他的論文中，他描繪了虛擬現實技術的未來圖景——“終極的展示將是一個房間，計算機能夠在其中控制物質的存在。在這樣的房間里展示一把椅子，人就能坐下；展示一副手銬，就能令人感到束縛；展示一顆子彈，甚至可能致命。如果編程得當，這種展示甚至可以變成現實版的‘愛麗絲夢游仙境’。當用戶可以輕松讓實體變得透明——他就能‘看穿物質’。”

2008年前后，第一批商用增強現實（AR）設備開始出現，此后的十數年時間里，AR設備迅速在制造業、娛樂業和軍事領域獲得廣泛應用。從先進戰斗機飛行員佩戴的頭顯，到像PokémonGO這樣的熱門手機游戲，AR正在持續改變我們與世界互動的方式。

MetaOrion AR眼鏡（圖源：Meta）

光學玻璃，當下AR設備的優選材料

在AR眼鏡的光學系統中，光波導被譽為“光學心臟”，將微顯示屏產生的圖像耦合進透明介質，通過全內反射傳播，最終投射至人眼，實現虛實融合的視覺體驗。其性能直接決定成像清晰度、視場角大小、外觀形態乃至最終成本。當前主流的光波導技術——幾何陣列光波導與衍射光波導。

不論是哪一種光學方案，其背后都離不開核心材料——光學鏡片材料。

鏡片不僅承擔導光基底的作用，還需匹配納米結構加工、維持光柵一致性與機械穩定性，成為影響顯示質量與整機形態的關鍵物理基礎。目前，AR眼鏡鏡片制作的主流可用材料為樹脂、光學玻璃與碳化硅（SiC），三者在折射率、熱導率、硬度、視場角兼容性、加工方式等關鍵參數上差異顯著，決定了其適配的技術路線與商業化節奏不同。

玻璃、樹脂、碳化硅的對比

樹脂鏡片的折射率一般在1.5–1.7，透光率高，熱導率極低，它通過注塑或壓鑄成型為主，表面通過紫外納米壓印（UV-NIL）技術加工微結構光柵，具備密度低、成型靈活、成本可控、制程效率高等優勢，是當前中低端AR眼鏡的主流材料。

碳化硅（SiC）作為近年來崛起的光學基底材料，憑借其高折射率（2.6–2.8）、高熱導率與超高硬度，具備極強耐磨與抗沖擊能力，在滿足大視場角、高亮度顯示和微結構精度控制方面展現出突出潛力。

從性能來講，碳化硅無疑是最佳光波導鏡片材料，但話說回來，拋開成本談性能就是耍流氓。

我們知道，碳化硅的加工高度依賴半導體工藝體系，需要經歷單晶生長、晶圓切割、化學機械拋光（CMP）、電子束或干法刻蝕、等離子刻蝕（ICP）等精密過程。但由于碳化硅硬度極高，加工難度與設備要求也顯著上升，導致當前成本較高，據測算，AR眼鏡所用的半絕緣碳化硅鏡片，單副成本約2000-3000元，而當前市場主流的玻璃或樹脂鏡片，單副成本僅500-600元，碳化硅鏡片價格是傳統材料的3-4倍。因此，碳化硅主要應用于高端試驗性AR光波導模組中。

圖片來源：藍特光學

與樹脂和碳化硅相比，光學玻璃在硬度、抗劃傷性、熱穩定性、透光率等方面均優于樹脂，其折射率通常為1.6–1.9，可滿足主流AR眼鏡的結構需求。

作為特種玻璃的創造者，肖特致力于采用高端光學玻璃組件推動AR/MR的未來發展。肖特具備全鏈路制造能力，從光學玻璃熔制、晶圓超精密加工，到真空鍍膜、波導組裝，實現了端到端自主可控，有力保障了產品的一致性與量產穩定性。目前，該技術已與行業頭部伙伴深度協同，成為MetaRay-Ban等標桿產品的核心光學元件供應商。

高折射率光學玻璃的主要體系

鑭系玻璃

鑭系玻璃是制作光電讀寫鏡頭和成像鏡頭必備的高品質光學玻璃，能有效擴大鏡頭的視場角(FOV)，具有較高折射率、低色散等光學特點，是高折射率光學玻璃較為常見的一種基礎體系。較為常見的鑭系光學玻璃體系為La2O3-Nb2O5體系和La2O3-TiO2體系。

鉍系玻璃

鉍系光學玻璃是一類特殊的光學材料，在可見光和紅外光譜范圍內不僅具有較高的透過性能，而且還具有較高的折射率。到目前為止有許多學者研究過如含鉛、鉍的氧化物玻璃。含有氧化鉍的玻璃可能出現強烈的著色，由于這些玻璃受到吸收邊緣位置的顯著影響，玻璃的光學非線性越高，顏色越深。

硫系玻璃

長波紅外熱成像技術在紅外跟蹤、識別、制導、搜索、偵查、導航，以及民用領域中具有重要的應用價值。為了滿足民用使用要求，合格的長波紅外透射玻璃不僅要解決與小型化制備相關的技術難題，還要具有良好的光學參數。硫系玻璃具有性能可控、成本效益低和批量生產等方面的優勢，是用于長波紅外透射透鏡最有前景的玻璃材料。

碲系玻璃

隨著激光技術的迅速發展，激光材料在中紅外激光雷達、激光手術刀和激光通信等方面顯示出廣闊的應用前景。高功率中紅外光纖激光器通常需要高激光損傷閾值、高中紅外透過率和高折射率的增益材料。碲酸鹽玻璃具有高折射率、高紅外透過率和合適的聲子能量(700cm-1)等獨特性質，已在相機上應用，而TeO2摻入玻璃會提高玻璃的近紅外波段透過率，因此受到廣泛研究。

折射率光學玻璃制備中面臨的問題

玻璃著色

高折射率光學玻璃較高的折射率會引起玻璃兩面產生較大的反射，玻璃的透過率降低，而較低的透過率對光學元件的應用造成了極大的限制。玻璃中的重金屬離子的光吸收也會加重玻璃的著色，進而影響玻璃的透過率。

影響透過率的主要因素為玻璃著色，而原料純度、熔制氣氛、配合料的氧化還原指數與玻璃著色均存在很大關聯性。

綠色化制備

隨著人們對環保意識的不斷加強，光學玻璃的綠色制備成了重要的課題，在確保玻璃具有良好的折射率與色散率的同時，應減少在制備過程中對人體有害及污染環境的有毒物質的使用。在不使用PbO和As2O5的情況下，新型高折射率光學玻璃如何保持與含Pb玻璃擁有同等的折射率和內部透光性，是綠色制備高折射率光學玻璃的主要問題。采用Sb2O3代替As2O5，TiO2和Nb2O5替代PbO，可以減少有毒氣體的排放。為了得到同樣色散系數和高折射率的無鉛光學玻璃，可以使用Ta2O5、ZrO2、Nb2O5、TiO2等氧化物來替換PbO。

參考來源：

[1]智行車家、X-MOL資訊

[2]王衍行等.高折射率光學玻璃的研究進展