第36期“见微知著”培训课程：微光学元件及应用
2021-07-07 06:43:18   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

主办单位：麦姆斯咨询

协办单位：上海传感信息科技有限公司、华强电子网

一、课程简介

2021年，被称为“元宇宙”（Metaverse）时代元年！随着Roblox（世界最大的多人在线3D创意社区，兼具虚拟世界、休闲游戏和自建内容）于美股上市，公司市值估值超过400亿美元，相比一年前40亿美元的估值翻了十倍，“元宇宙”的概念突然爆火！未来的你，可以在另一个平行的虚拟世界里以不同的人设、不同的身份活出风格迥异的不同人生。实际上，中国腾讯（Tencent）、美国脸书（Facebook）早已在布局“元宇宙”。Facebook首席执行官扎克伯格是“元宇宙”的推崇者之一，他表示：“下一代计算平台一定是虚拟现实和增强现实（VR/AR）。”无疑，尽管“元宇宙”的成熟或出现在十年之后，但VR/AR技术必须先行！

腾讯的“元宇宙”生态链（来源：钛媒体）

AR将数字化信息叠加在现实物理世界之上，带来数字世界与物理世界的融合。2021年初，AR智能眼镜再次站上了风口。随着年初苹果（Apple）公司的一系列AR智能眼镜产品布局的细节被彭博社披露，5月Snap首款光波导AR智能眼镜的发布，以及谷歌（Google）、脸书、华为（Huawei）、OPPO、小米（Xiaomi）等各大巨头的雄心展露，AR智能眼镜的消费类商用化再次被提上日程。

AR智能眼镜主要部件示意图（来源：Strategy Analytics）

Snap最新发布的AR智能眼镜：Spectacles

如果说“元宇宙”走进人类生活还有些遥远，那么AR智能眼镜步入人类日常生活的脚步声已经越来越响亮了！未来的您，可能在现实生活和虚拟生活中活出两种不同的人生。不论是怎样的人生，VR/AR技术的成熟，都离不开最基本的元件——微光学元件。微光学元件（Micro-optics elements）通常由微米级和纳米级结构组成，包括以反射型微光学元件、折射型微光学元件、衍射型微光学元件、光波导为代表的被动元件和以LED/激光器、光电探测器、光强和相位调制器为代表的主动元件。微光学元件其实并不陌生，以透镜（lens）、扩散片（Diffuser）、衍射光学元件（DOE）、MEMS微镜（MEMS Mirror）、自动对焦执行器（AF）、光学图像稳定器（OIS）等产品的形式存在于智能手机、数字影院、汽车智能大灯……而AR智能眼镜所用的核心微光学元件——光波导，其本质是一片高折射率透明基底，从基底侧边通过特定结构耦合入图像源的光束，在基底内进行全反射传播，传递到靠近人眼处，再通过特定结构耦合出，进入人眼，形成图像。光波导可分为几何光波导和衍射光栅光波导，后者是当前AR智能眼镜的主流技术。衍射光栅光波导的特征尺寸进入微纳米量级，纳米压印技术就成为了主要制造工艺。

几何光波导（图a）、基于表面浮雕光栅的衍射式光波导（图b）、基于全息体光栅的衍射式光波导（图c）

超表面是超材料的一种特例，特指把亚波长尺寸器件在二维空间中排布实现特定的电磁特性。超表面和超材料在学术界已经受到了高度重视，随着与半导体技术的结合，有望将研究成果转化为实际产品，从而为微光学元件产品带来范式转换。2020年，激光雷达初创企业Lumotive推出首款商用固态激光雷达，采用了基于液晶超表面（LCM）的独创性光束操纵技术。而超表面透镜的出现，则有望颠覆智能手机摄像头产业，意法半导体（STMicroelectronics）已经在其最先进的12英寸晶圆代工厂进行该产品的量产布局。我们相信，不久的将来，不管是手机摄像头、AR智能眼镜，还是激光雷达，甚至会有更多的智能产品，都会享受到超表面成功商业化带来的福利！

Lumotive激光雷达的发射端和接收端都采用了超表面液晶

微光学元件是3D成像与传感、3D显示等技术发展和商业化的关键要素，未来前景不可限量！在此背景下，麦姆斯咨询精心策划了本期课程。课程内容包括：（1）微纳光学理论基础；（2）超表面（Metasurface）；（3）AR光学传感与显示技术；（4）裸眼3D显示技术；（5）衍射光学元件（DOE）；（6）近眼显示光波导；（7）MEMS微镜；（8）微光学元件的关键制造工艺：电子束光刻、纳米压印。

二、培训对象

本课程主要面向微光学元件产业链上下游（材料和设备、设计、制造、封装、测试）厂商，以及微光学元件应用（3D摄像头、激光雷达、AR/VR/MR设备、近眼显示、全息显示等）厂商的技术人员和管理人员、高校师生，同时也欢迎其他希望了解微光学元件的非技术背景人员参加，如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。

三、培训时间

2021年10月22日~24日（原定8月20日~22日，因新冠疫情原因延期2个月）

授课结束后，为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。

四、培训地点

无锡市（具体地点以培训前一周的邮件通知为准）

五、课程内容

课程一：微纳光学理论基础和超表面（Metasurface）

老师：华中科技大学 副教授 易飞

超构表面（或称：超表面）是由具有特殊电磁属性的人工原子按照一定的排列方式组成的二维平面结构，可实现对入射光的振幅、相位、偏振等参数的灵活调控，具有强大的光场操控能力。超表面赋予了激光雷达、3D摄像头、AR/VR极具想象力的未来，逐渐成为热门的光学研究方向。在本课程中，老师将先讲解微纳光学的基本概念和原理，再从材料角度逐步深入，带领学员领略超表面的光学魅力！

课程大纲：
（1）微纳光学简介：几何光学、波动光学、电磁光学、量子光学，光的偏振态，介质光波导，傅里叶光学与二元光学；
（2）等离激元光学与超构材料光学：单负材料、双负材料、光学天线；
（3）超构表面光学：波前调控、光谱调控、偏振态调控、电磁波吸收；
（4）超构透镜：超构透镜与衍射光学透镜的差异，超构透镜的设计、制造与测试，超构透镜的产业化进展。

课程二：AR光学传感与显示技术

老师：天津驭光科技有限公司 总经理 朱庆峰

AR智能眼镜被视为未来可穿戴设备的一大突破，有望与智能手机一样成为大众的必备物品。早在2013年，谷歌第一款智能眼镜Google Glass问世之后，市场一直处于不温不火的状态，技术成熟度、价格、用户体验等诸多因素是阻碍其进入大众生活的阻力。2021年，局面发生了改变，苹果、微软、谷歌、Magic Leap、Snap、Facebook等巨头厂商的AR智能眼镜布局进展显露，预示着该市场已经进入加速成熟的阶段。在本课程中，老师将分析AR眼镜的光学传感和显示技术、微光学元件、主要性能参数及测评项目。

课程大纲：
（1）增强现实（AR）概念及典型AR头戴式设备；
（2）AR眼镜中的光学传感和显示技术；
（3）AR眼镜核心微光学元件及其应用；
（4）AR眼镜主要性能参数及测评项目；
（5）AR眼镜代表厂商（苹果、微软、谷歌、Magic Leap、Snap、Facebook等）及其产品分析；
（6）AR眼镜未来展望。

课程三：裸眼3D显示技术

老师：苏州大学 教授 乔文

《阿凡达》导演卡梅隆作为电影3D技术的开拓者，对外宣传其续集《阿凡达2》将实现真正的裸眼3D显示。裸眼3D显示是信息显示的革命性进步，其无需佩戴眼镜、头盔等辅助设备，人眼就能感受3D视觉效果，逼真的景深及立体感极大地提高观看体验时的视觉冲击力和沉浸感，确实令消费者广受期待，但在技术实现过程中却是困难重重。在本课程中，老师将为大家讲解裸眼3D显示技术的“真谛”，并对其应用前景进行展望！

课程大纲：
（1）裸眼3D显示概念、分类、原理；
（2）裸眼3D显示研究现状；
（3）“视角调控器件”的新型加工手段：微纳加工技术；
（4）裸眼3D显示在消费电子领域的应用前景及挑战。

课程四：衍射光学元件（DOE）

老师：北京驭光科技发展有限公司 董事长兼首席执行官 田克汉

衍射光学元件（DOE）是微光学元件的典型代表，也是3D传感和成像系统的核心元器件。自苹果发布具有3D人脸识别功能的iPhone X之后，DOE受到业界广泛关注。DOE通常采用微纳制造工艺构成二维分布的衍射单元，每个衍射单元可以有特定的形貌、折射率等，能够对光束进行分束、匀束、准直、偏离等各种操纵，近些年来广泛应用于3D摄像头、激光雷达、增强现实、混合现实等领域。在本课程中，老师将从DOE的底层物理原理讲起，带领学员深入学习DOE核心技术。

课程大纲：
（1）衍射型微光学元件定义及典型产品；
（2）从折射透镜到衍射光学元件的演变历程，以及两者的关系；
（3）衍射光学元件在3D传感领域的应用；
（4）衍射光学元件设计的理论模型（标量衍射、矢量衍射等）和常用算法（局部算法、全局算法、混合算法等）介绍；
（5）衍射光学元件工作原理、设计、材料、制造流程、评价参数，以及典型应用案例分析；
（6）衍射型微光学元件的集成化：多元件集成微光学系统（与光源、光电探测器）的工作原理、设计、制造流程、评价参数，以及典型应用案例分析；
（7）衍射型微光学元件产业链及主要厂商；
（8）衍射型微光学元件未来展望。

课程五：微光学元件制造工艺详解：电子束光刻

老师：湖南大学 教授 段辉高

电子束光刻（或称：电子束曝光）是目前分辨率最高、使用最灵活的光刻图形加工技术之一，在纳米电子学、纳米光学、纳米机械系统等领域具有广泛的应用。电子束光刻技术就像剪纸一样，通过定义轮廓就可以获得微纳尺寸的产品。本课程老师多年来奋战在电子束曝光制造领域第一线，积累了丰富的理论和实战经验，将从设备、工艺、微光学案例等多个维度深入讲解电子束光刻技术。

课程大纲：
（1）电子束光刻原理，与其它光刻工艺（光学曝光、离子束曝光、极紫外线曝光、双光子聚合等）的差异；
（2）电子束光刻设备工作原理、结构、主要指标、主要厂商；
（3）电子束光刻工艺及优化：光刻胶类型、光刻胶主要指标（涂胶厚度、分辨率、光敏度、黏度等）、电子束能量控制，主要问题及解决方案；
（4）大面积电子束光刻技术及工艺；
（5）基于电子束光刻工艺的微光学元件实例分享；
（6）智能光学显示/防伪等应用案例分享。

课程六：MEMS微镜

老师：北京理工大学 教授 谢会开

老师：无锡微奥科技有限公司 副总经理 王鹏

MEMS微镜之所以成为大众耳熟能详的微光学元件，除了其在数字投影领域的成功商业化应用，近几年MEMS激光雷达热度提升也增加了MEMS微镜的曝光度。其实，这款基于MEMS技术的微光学元件在光刻机、OCT内窥镜、光谱仪等领域也有实用案例。在本课程中，老师将为学员剖析MEMS微镜结构、驱动原理、设计与制造工艺，并分析其具体的光学应用案例。

课程大纲：
（1）MEMS微镜基本结构及驱动原理：静电驱动、电磁驱动、压电驱动和电热驱动；
（2）MEMS微镜分类（扫描维度、镜面位姿、阵列尺寸等）；
（3）典型MEMS微镜设计与制造工艺（DMD静电阵列、MicroVision电磁单微镜、S型压电微镜、TTP电热微镜、光学自适应微镜）；
（4）MEMS微镜典型应用案例：MEMS激光雷达、MEMS内窥显微成像、MEMS微型傅里叶变换光谱仪、基于光学自适应微镜的波前畸变校正和调焦；
（5）MEMS微镜产业链及主要供应商。

课程七：近眼显示光波导

老师：北京至格科技有限公司 创始人兼首席执行官 孟祥峰

近眼显示光波导是AR领域最具挑战性、最复杂的难题之一，因其轻薄和外界光线的高穿透特性而被认为是消费级AR眼镜的必选光学方案，又因其价格高和技术门槛高让人望而却步。目前，光波导概念林林总总，到底差异在哪里？哪些方案最适合AR眼镜？光波导的实现存在哪些学术问题和产业化问题？在本课程中，老师将为大家进行分享，并重点讲解表面浮雕光栅技术。

课程大纲：
（1）AR近眼显示概述；
（2）几何光波导 vs. 衍射光波导；
（3）表面浮雕光栅波导 vs. 体全息光栅波导；
（4）表面浮雕光栅波导设计、制造、测试以及典型应用案例分析；
（5）表面浮雕光栅波导产业链及主要厂商。

课程八：光波导制造工艺详解：纳米压印

老师：青岛天仁微纳科技有限责任公司 董事长 冀然

多年来，在光学光刻技术的巨大光环笼罩下，纳米压印制造技术一直难以崭露头角，“冷板凳”坐了多年。近几年，随着消费电子对DOE需求的爆发性增长，以及未来可预见的AR光波导市场的巨大前景，纳米压印技术热度回暖。在本课程中，老师将基于多年的实战经验和丰富的成功客户案例，为大家讲解纳米压印制造工艺及微光学应用案例。

课程大纲：
（1）光波导的主要制造工艺：纳米压印制造流程详解（模板处理、涂胶、压印、脱模、刻蚀等）；
（2）纳米压印材料选择：衬底、光刻胶、模具复制材料、粘度调整材料）；
（3）纳米压印制造的最新微光学应用案例分享；
（4）纳米压印产业链及主要厂商。

六、师资介绍

易飞，麦姆斯咨询2019年度“最受欢迎老师”、2020年度“优秀老师”，博士，华中科技大学光电信息学院副教授，主要从事人工光学微结构及其相关器件的研究，如下一代红外探测器与新型传感器芯片、面向微波光子学与片上高速光互联的光子集成芯片等。他于2011年获得美国芝加哥西北大学电子工程与计算机科学系博士学位，曾作为访问学者工作于新加坡科技局数据存储研究中心，后于美国费城宾夕法尼亚大学材料科学与工程学系从事博士后研究。他先后主持国家自然科学基金青年项目“面向气体传感的多波长窄带红外探测器研究”、深圳市科技创新委员会基础研究项目“像元级集成光学信息处理功能的高性能红外探测器芯片研究”，目前正在主持国家自然科学基金面上项目“超表面双色偏振热探测器研究”，并多次参与过美国自然科学基金（NSF）和美国国防部高等研究项目局（DARPA）的研究项目。迄今发表SCI收录论文37篇；其中高影响力论文5篇；美国授权专利4项；中国授权发明专利8项；出版专著章节1章；发表会议论文28篇，在CLEO、OFC、SPIE Photonics West等国际光学会议上做口头报告19次，其中邀请报告1次。

朱庆峰，麦姆斯咨询2020年度“杰出老师”，拥有清华大学精密仪器系本科及硕士学位、英国赫瑞-瓦特大学（Heriot-Watt University）管理学硕士学位。加入驭光科技之前，他曾在世界500强科技企业斯伦贝谢从事数据解释软件和算法工作及研发管理16年，拥有多项美国及欧洲发明专利。他组建驭光科技北京、天津、合肥研发团队，领导3D投射模组与系统方案的研发及产品化，产品已经应用于刷脸支付、智能家居、安防、工业检测等多个领域。

乔文，苏州大学光电科学与工程学院教授、博士生导师。江苏省双创博士，苏州市紧缺高层次人才，光电学院首批优秀青年。她获得2018年江苏省科学技术一等奖（排名第5）、2019年中国光学学会光学科技奖二等奖（排名第3）。2013年毕业于美国加州大学圣迭戈分校，获博士学位。2014年加入苏州大学，主要从事微纳光学、新型显示、微纳制造、微纳传感技术等研究。作为项目负责人承担国家自然科学基金、国家973项目课题等10余项。已发表论文30余篇，其中包括Advanced Materials、Nanophotonics、Lab on a Chip等国际知名学术期刊。多次在国内外会议上作邀请报告。参与撰写专业书籍章节4篇，申请/授权中国发明专利100余项。

田克汉，麦姆斯咨询2019年度“最受欢迎老师”、2020年度“优秀老师”，拥有清华大学精密仪器系本科及硕士学位，美国麻省理工学院博士学位。他是驭光科技创始人、任董事长兼CEO，负责整体战略以及技术开发。创立驭光科技前，他在IBM工作9年，担任（教授级）资深科学家/技术经理，拥有60余项发明专利，荣获杭州市“521”计划人才。

段辉高，湖南大学机械与运载工程学院教授、博士生导师。在兰州大学获物理学学士和博士学位，曾先后在中科院电工所、美国麻省理工学院、新加坡科技研究局材料工程研究院、德国斯图加特大学及马普固体所等机构从事科研工作，2012年加入湖南大学。在Nature Nanotechnology、Nature Energy、Nano Letters等期刊发表SCI论文100余篇，他引6500余次。已主持和完成国家自然科学基金6项。目前的研究兴趣为极小尺寸、极高精度的微纳制造及相关应用研究。

谢会开，北京理工大学教授、博士生导师，无锡微奥科技有限公司创始人，IEEE Fellow，SPIE Fellow。他博士毕业于美国卡内基梅隆大学（CMU）电气与计算机工程系MEMS方向，本科毕业于北京理工大学微电子专业。他曾为美国佛罗里达大学电气与计算机工程系终身正教授，于2020年全职回国。他发表学术论文300余篇，论文累计引用8000余次，获授权美国专利17项、授权中国发明专利30余项。

王鹏，博士，无锡微奥科技有限公司副总经理，北京理工大学企业硕士导师，本科毕业于哈尔滨工业大学微电子专业，博士毕业于新南威尔士大学光学MEMS专业。他目前主要负责微奥科技的光学MEMS微镜以及相关系统应用研发工作。他拥有多年MEMS器件设计制造经验，主要研究方向包括MEMS微镜、激光雷达、OCT、光谱仪、硅光子、超表面等，共发表20多篇MEMS相关文章，其中SCI文章11篇，中国发明专利10篇。

孟祥峰，清华大学光学工程专业博士，北京至格科技有限公司创始人兼首席执行官，具有十余年企业管理和光学研究经验。其创立的北京至格科技有限公司致力于AR衍射光波导光学显示模组及衍射光栅的研发、生产和应用。至格科技自主掌握光栅设计、光栅母版加工、纳米压印生产三大核心技术，并已建成光栅母版加工中心和衍射光波导生产线，具备月产万件的量产能力。至格科技已获得多家手机及半导体产业链知名战略投资机构和头部风险投资机构的多轮融资，并先后荣获中国湖州全球高层次人才创新创业大赛特等奖、湖州市南太湖精英计划A+类项目、第五届清华校友三创大赛天使组一等奖。

冀然，麦姆斯咨询“2020年度最受欢迎老师”，博士，青岛天仁微纳科技有限责任公司创始人兼董事长。他拥有德国亚琛工业大学硕士学位和德国马普微结构物理所博士学位，师从欧洲纳米压印之父Kurz教授，开创纳米压印设备和材料的商用领域，在纳米压印和微纳加工领域拥有二十年经验。博士毕业之后，他在德国半导体设备上市公司负责纳米压印设备开发和产业化推广，担任纳米压印技术首席科学家。2015年归国创办青岛天仁微纳科技有限责任公司，经过短短几年的时间发展，研发的纳米压印设备和全套解决方案打败国际诸多竞争对手，占领国内微纳光学和生物芯片生产的超过90%市场份额。

七、培训费用和报名方式咨询

请发送电子邮件至PENGLin@MEMSConsulting.com，邮件题目格式为：报名+微光学元件培训+单位简称+人数。

报名网站：https://www.memstraining.com/training_36.html

麦姆斯咨询
联系人：彭琳
电话：17368357393
E-mail：PENGLin@MEMSConsulting.com