AR眼镜最好的光源为什么是激光，对激光芯片有什么要求

AR眼镜（Augmented Reality Glasses）应该很多人都已经很熟悉了。它可以让显示直接呈现在人的眼睛前面几厘米的位置，比起一般的投影和电视，AR眼镜相当于100多英寸的屏幕，提供了更为沉浸式的观影效果。

其中里面的显示方案有很多中，主流的光机层面，基于LCOS和MicroLED的显示技术，是行业主流的方案。

早期LED光源作为显示的主要光源，最近不少新的改进方向是把LED光源换成激光光源。

因激光具有极佳的准直性，发散角小于 1°，远低于 LED 的几十度发散角，可大幅缩小光学准直投影系统体积，助力 AR 光机实现小型化设计。加之激光能量集中度高、杂散光易控制的优势，能带来更高的图像对比度，同时实现更高亮度、更纯净且更宽广的色域表现，显著优化显示效果。基于这些天然优势，将传统 LED 光源替换为三色激光光源。基本结构如下图原理：

，

激光的光谱带宽比LED的要小很多。LED的带宽比较宽，通常在~30 nm，比如绿光LED，其典型的发光光谱大致在520 nm±15 nm的范围。而激光的带宽就非常窄，可以达到~2nm，有的甚至可达到0.1 nm以内。激光的光谱带宽很窄，这意味着颜色更加纯净，通过RGB三色合光，能够覆盖更加宽广的色域。例如激光显示覆盖的色域接近甚至超过BT.2020标准（>90%），而普通LCD通常只能覆盖sRGB或部分P3。

由于AR眼镜的显示需要展现在眼镜屏幕上，就需要激光耦合到玻璃波导层里面去。因此AR眼镜激光光源需要满足亮度、效率、体积、安全性四大核心要求，具体参数包括光输出功率、波长、电光转换效率、光束质量、体积尺寸等关键指标。

一、亮度与功率参数

1. 光输出功率要求

• 微型显示器需求：10-50mW（单色）至100-200mW（全彩）
• 户外使用场景：需要更高功率（200mW以上）以克服环境光干扰

2. 亮度效率指标

• wall-plug效率（WPE）：>30%
• 斜率效率：1.0-1.2mW/mA

二、波长与色彩性能

1. 波长范围要求

• 红色波段：630-690nm
• 绿色波段：520-535nm
• 蓝色波段：450-465nm
• 深红色优势：670-690nm穿透力强，适合生物医学应用

2. 光谱特性

• 光谱纯度：FWHM＜1nm（
• 波长稳定性：温度漂移＜0.25nm/°C（

三、电学与热学参数

1. 电学特性

• 工作电压：2.0-3.0V
• 阈值电流：＜50mA
• 工作电流：200-250mA

2. 热管理要求

• 工作温度范围：-10°C至+70°C
• 特征温度（T0）：＞150K（保证温度稳定性）
• 热降额特性：在高温下保持足够功率输出

四、光束质量与光学参数

1. 光束特性

• 光束发散角：
  • 平行方向：8°-12°
  • 垂直方向：14°-16°
• M²因子：＜1.5（近衍射极限）

2. 空间模式要求

• 单模操作：适用于全息和波导显示
• 远场分布：高斯分布，便于光学系统设计

五、可靠性与寿命参数

1. 寿命指标

• 使用寿命：＞10,000小时
• 高温可靠性：75°C下稳定运行（加速寿命测试）
• 失效前平均时间：＞20,000小时

2. 稳定性要求

• 功率稳定性：＜±5%（在整个寿命期内）
• 波长漂移：＜±0.5nm（温度变化时）

比如上图是欧司朗推出的三合一RGB激光器（VEGALAS™ RGB）设计的光机可将尺寸进一步缩小至0.7cc。这颗激光器尺寸仅为7×4.6×1.2（mm3），可以直接做SMD贴片。并且使用了气密性的封装设计，可以防止特别是蓝光激光器免受外接环境影响从而大幅提升了可靠性。