增强现实(AR)近年来一直是科技界备受关注的热点,且常常与虚拟现实(VR)、元宇宙等概念同台并论,二者的区别简单而言在于:增强现实(AR)中看到的场景和人物一部分是真一部分是假,是把虚拟的信息带入到现实世界中,VR是纯虚拟场景,更多的是用于用户与虚拟场景的互动交互,同时二者是元宇宙实现的关键技术(设备)。
AR和VR设备中大部分元器件是电子元器件,但是影响比较大的还是光学元件。为了实现更好的沉浸感,除了取决于屏幕的大小和分辨率,对光学镜片的应用也十分考究,往往需要在高折射率、曲面曲率、高平坦度和高表面光滑度的同时,充分控制画像画面的畸变和边缘色散情况,以让人体验到虚拟/增强现实的真实感。
因此,AR和VR设备对所用光学镜片的成型切割以及一致性方面有着非常高的要求,既要求高质量的切割边缘,又要求切割品质均衡、提高良品率,甚至不能轻易破坏光学玻璃面的镀膜。
高质量光学玻璃的切割成型离不开以皮秒激光器为代表的超快激光器,皮秒激光器的冷加工、足以媲美飞秒激光器的加工效果,更为简单的结构和制造成本,是其在如今的激光精细微加工领域脱颖而出的有利因素。纳飞光电皮秒激光器便是玻璃切割成型的可靠之选,它的脉冲宽度窄,仅有10ps左右,功率稳定性和脉冲稳定性高,小于1%RMS,颇有对表与国外友商同类产品的韵味,性能优越。
激光切割是激光能量和材料相互作用的过程,能量在粒子、原子、分子之间的传递,脉冲宽度越窄,传递时间越短,激光功率密度越高,当10ps左右的脉宽作用在光学玻璃表面时,能够在瞬时完成从加热直接到等离子态的跨越,从而实现材料的去除,这就决定了皮秒激光加工时近乎冷加工,且热影响区非常小,切割边缘崩边小,品质高。同时,激光的输出光束路径灵活可变,让玻璃材料的切割形状可控,非接触式加工也免去了机械应力的困扰。
切割边缘质量除了要求边缘崩边量小,还要求一致性好,即出射面质量与入射面相似,恰恰考验着激光器的稳定性:脉冲稳定性和功率稳定性,二者的兼而有之才能让激光能量密度均匀作用在玻璃面上,实现均衡性的加工,产品一致性才会有保障。
如今,AR和VR初具未来重要风口的潜力,包括类似产品有源眼镜,是一个相对新兴且正快速扩张的消费电子品类。未来为了给用户终端更好的沉浸式体验,AR和VR等设备还将不断升级,如将目前的单镜片提升为多镜片组合,以及更优质光学镜片的研发使用,如此一来,又其切割成型的加工,又将同步推动皮秒激光器的普及和应用。
原文始发于微信公众号(纳飞晓峰):纳飞光电皮秒激光器在AR和VR设备光学镜片切割的应用