| مواد با ضریب انکسار بالا فضای طراحی جدیدی را برای نمایشگرهای واقعیت افزوده ارائه می‌کند که باعث می‌شود جلوه رنگین کمان به گذشته تبدیل شود.

هنگامی که کاربران عینک واقعیت افزوده را به چشم می زنند، انتظار دارند ترکیبی عالی از محتوای مجازی و دنیای واقعی باشد، نه حاشیه های رنگی مداوم در میدان دید خود. این اثر رنگین کمان که به دلیل پراکندگی نور سفید محیط در موجبر ایجاد می‌شود، مدت‌هاست که این صنعت را آزار می‌دهد.

امروزه، یک راه حل نوآورانه بر اساس مواد کاربید سیلیکون (SiC) در حال ایجاد پیشرفت در این چالش است.

01 درک ماهیت فیزیکی اثر رنگین کمان

در زمینه نمایشگرهای AR، افکت رنگین کمان یک مشکل آشنا و در عین حال خاردار است. با مشاهده دقیق هر دستگاه AR با استفاده از موجبرهای گریتینگ، نادیده گرفتن رگه های رنگی همراه با تصویر با تنظیمات جزئی در زاویه دید دشوار است.

ریشه فیزیکی این پدیده در ریزساختار موجبر نهفته است:

اندازه مشخصه گریتینگ های نوری به همان ترتیب قدر طول موج نور است. هنگامی که نور سفید محیط به این ساختارهای میکرو نانو برخورد می کند، اجزای طول موج مختلف در زوایای خاص خود پراکنده می شوند.

مانند منشوری که نور سفید را به طیفی از رنگ‌ها تقسیم می‌کند، ساختار شبکه‌ای در موجبر به طور مشابه به عنوان یک تقسیم‌کننده پرتو عمل می‌کند و نور سفید را که در غیر این صورت یکنواخت مخلوط شده را به اجزای رنگی آن جدا می‌کند.

از رنگین کمانی روی حباب‌های صابون گرفته تا انعکاس‌های خیره‌کننده از یک CD، این پدیده‌های روزمره مکانیسم فیزیکی یکسانی با اثر رنگین کمان موجبر AR دارند: تأثیرات پراش و تداخل در مقیاس میکرو نانو.

هسته اصلی مشکل این است که وقتی این پدیده های فیزیکی در نمایشگرهای AR رخ می دهند، از اتفاقات طبیعی زیبا به نقص های فنی تبدیل می شوند که تجربه کاربر را مختل می کند.

02 راه حل منحصر به فرد ارائه شده توسط سیلیکون کاربید

راه حل های سنتی اغلب تلاش می کنند تا به طور مستقیم تولید اثر رنگین کمان را سرکوب کنند. با این حال، مواد کاربید سیلیکون مسیر فنی کاملا متفاوتی را ارائه می دهد: به جای حذف رنگین کمان، از ورود آن به چشم انسان جلوگیری می کند.

هسته اصلی این راه حل در خواص اساسی مواد نهفته است: کاربید سیلیکون دارای ضریب شکست نوری قابل توجهی بالاتر از مواد سنتی است.

این ویژگی طراحان را قادر می سازد تا ساختارهای توری با دوره های کوچکتر را اتخاذ کنند. توری‌های دوره کوچک‌تر زوایای پراش بزرگ‌تری تولید می‌کنند و باعث می‌شوند که بیشتر «نور رنگین‌کمان» که از نور محیط پراکنده می‌شود، در زوایای شدید منتشر شود که به طور کامل محدوده قابل مشاهده چشم انسان را از دست می‌دهد.

می توان آن را به تنظیم زاویه یک لامپ برای هدایت نور خیره کننده به دور از خط دید ناظر تشبیه کرد و در عین حال روشنایی خوب فضا را حفظ کرد.

بنابراین محدودیت های مواد سنتی آشکار می شود:

مواد نوری معمولی، در صورت استفاده از دوره های توری بسیار کوچک، با یک محدودیت فیزیکی اساسی مواجه می شوند - زوایای پراش نور بسیار بزرگ می شوند، از محدوده انتقال پشتیبانی شده توسط موجبر فراتر می روند و مستقیماً منجر به کاهش قابل توجه میدان دید (FOV) می شود.

ضریب شکست بالای کاربید سیلیکون دقیقاً این گلوگاه را می شکند و امکان طراحی گریتینگ دوره کوچک را در عین حفظ یک FOV بزرگ ایجاد می کند.

03 هنر تعادل در مهندسی سیستم ها

مواد کاربید سیلیکون امکان تئوری را فراهم می کند، اما تبدیل آن به یک محصول عملی نیاز به مهندسی سیستم های دقیق دارد.

این فرآیند نشان دهنده یک الگوی جهانی در توسعه فناوری است:

توسعه فناوری در مراحل اولیه اغلب پیشرفت‌هایی را در یک معیار واحد دنبال می‌کند. هنگامی که به محدودیت های فیزیکی نزدیک می شود، جهت نوآوری به سمت سطح سیستم تغییر می کند - یافتن نقطه تعادل بهینه در بین پارامترهای چند بعدی.

توسعه موجبرهای کاربید سیلیکون از همین مسیر پیروی می کند: مزایای عملکرد نوری ناشی از ضریب شکست بالا باید با تکنیک های پردازش، هزینه های ساخت، یکپارچه سازی سیستم و ابعاد دیگر سنجیده شود.

مهندسی عالی هرگز به دنبال افراط در یک معیار واحد نیست، بلکه زیباترین تعادل را تحت همه محدودیت ها پیدا می کند. این همچنین توضیح می دهد که چرا موجبرهای کاربید سیلیکون تنها به تدریج با بلوغ زنجیره های فرآیند مربوطه عملی می شوند.

04 مفاهیم فنی و چشم انداز آینده

استراتژی موفقیت‌آمیز موجبرهای کاربید سیلیکون در پرداختن به اثر رنگین کمان، الگوی مهمی برای نوآوری‌های تکنولوژیکی فراهم می‌کند: زمانی که حل مستقیم یک مشکل با یک گلوگاه مواجه می‌شود، پارامترهای سیستم را مجدداً پیکربندی کنید تا مسیر جدیدی باز شود.

این طرز فکر بارها در طول تاریخ تکنولوژی تایید شده است:

• نوآوری معماری با بازتعریف ساختارهای سیستم، گلوگاه های عملکرد را می شکند.

• علم مواد با تغییر خواص فیزیکی اساسی، مرزهای طراحی را گسترش می دهد.

• فن آوری های یکپارچه سازی عملکرد سیستم را با بهینه سازی روابط مؤلفه ها افزایش می دهد.

در زمینه اپتیک AR، موجبرهای کاربید سیلیکون حکمت مشابهی را نشان می‌دهند - وسواس ندارند که خود پدیده فیزیکی را کاملاً حذف کنند، بلکه تأثیر آن را از طریق هم‌افزایی مواد و طراحی از تجربه کاربر ناپدید می‌کنند.

کاربید سیلیکون یک دارو نیست. طراحی گریتینگ‌های دوره کوچک چالش‌های جدیدی را نیز به همراه دارد: نیاز به دقت بالاتر ماشین‌کاری، طراحی نوری پیچیده‌تر و کنترل فرآیند سخت‌تر.

اما ارزش واقعی آن در نشان دادن جهت نوآوری نهفته است: در مسیر توسعه نوری AR، نوآوری مواد و نوآوری در طراحی از اهمیت یکسانی برخوردار هستند. پیشرفت فناوری نمایشگر AR نسل بعدی احتمالاً در بهینه سازی سیستماتیک این مواد اساسی نهفته است.