基于衍射光柵波導的增強現實（AR）眼鏡，已成為眾多設備制造商的首選技術。這類技術不斷演進，旨在為用戶提供卓越的畫質和更大的視場角。然而，視場角（FOV）是衡量此類波導性能的關鍵指標；若要進一步擴大視場角，就必須提高所用材料的折射率。目前的制造工藝主要依賴納米壓印技術，使用的是摻雜了無機高折射率納米顆粒的永久性聚合物。雖然市面上的商用材料已經能達到 n=1.9 的折射率，但想要突破 n=2.0 及以上似乎困難重重。

另一方面，折射率達到 n=2.0 甚至更高的玻璃基板或涂層其實已經問世，因此可以直接利用它們來制作所需的衍射光柵結構。在這種情況下，就需要通過刻蝕工藝來進行圖形轉移，這應當能實現二元光柵設計以及傾斜光柵的制作。

1.介紹

納米壓印光刻已發(fā)展成為一種經過大規(guī)模量產驗證的制造方法，被眾多在增強現實（AR）、光學傳感器和生物醫(yī)學芯片領域進行開拓性工作的公司所采用。特別是針對功能聚合物層中復雜納米結構的永久性壓印，目前已被廣泛探索。因此，對于光子學應用，尤其是 AR 光波導而言，功能層的折射率（RI）成為了許多設備研發(fā)的核心焦點。迄今為止，市面上商用的納米壓印聚合物光刻膠，其折射率最高只能達到 1.9。先前的研究表明，這類光刻膠可以用于高折射率（HRI）玻璃 。然而，為了進一步優(yōu)化波導性能，業(yè)界迫切需要折射率達到 n=2.0 及以上的納米圖案化層。

提高折射率通常需要研發(fā)新型聚合物材料，或者采用如刻蝕轉移等替代性圖案化方法。對于永久性壓印材料而言，必須添加高折射率的無機填料才能實現理想的光學特性。由于折射率與無機材料的含量直接相關，因此提高其相對含量是此類聚合物材料面臨的關鍵挑戰(zhàn)。然而，這必須與其他性能（如流體特性和填充行為）相平衡，以確保高質量的壓印效果。一些光刻膠材料試圖通過在壓印后進行高溫烘烤（Post-bake）步驟來提高高折射率材料的相對含量。然而，由于這種后烘烤主要會減少聚合物含量，因此不可避免地會導致嚴重的收縮和有限的圖案保真度。

另一種替代方案是，通過將結構刻蝕到高折射率涂層或玻璃中，從而完全避免結構中的聚合物成分。在這項工作中，我們考察了高折射率的二氧化鈦（TiO2）涂層和玻璃。TiO2 因其易于獲取且技術成熟而備受青睞，它在可見光范圍內可提供高達 n=2.6 的折射率。然而，它通常僅作為薄層涂覆在低折射率基底之上，因此在波導設計中必須考慮額外的光學界面。相比之下，玻璃可以作為高折射率的塊體基底使用，從而避免此類界面問題。不過，目前這類玻璃的折射率最高僅能達到 n=2.0。因此，這兩種類型的材料對于通過刻蝕實現納米圖案轉移都極具價值，也是本次研究的重點。盡管在不同材料上進行納米壓印結構的刻蝕已有先例，但對于 AR 波導常用的光柵設計進行刻蝕，仍有兩個挑戰(zhàn)需要解決。

未完待續(xù)……