电压控制光子芯片有望提升智能眼镜显示屏效率

编辑：广东客 | 分类：论文 | 2026年10月21日

电压控制光子芯片有望提升智能眼镜显示屏效率

（映维网Nweon 2026年10月21日）智能眼镜需要紧凑高效的显示屏，既能呈现细腻图像，又不会消耗过多电量。激光束扫描是实现相关要求的一种方案。这类显示屏不采用固定像素阵列，而是让激光束在视场内偏转扫描，逐点构建图像。

借助快速扫描镜并更快速地切换颜色，就能在不增大光学元件尺寸的情况下获得更高分辨率图像。然而，现有系统在激光颜色控制的速度和效率上仍存在局限。

◐ 电流控制限制颜色切换

激光束扫描显示屏要生成全彩图像，需将红、绿、蓝三色激光合成为单一输出光束。传统系统通过改变供给各色激光二极管的电流来控制每种颜色的强度。

与外部光调制相比，直接电流调制的带宽更窄，这限制了颜色切换速度，进而限制了可实现的成像分辨率。此外，激光二极管必须工作在阈值电流以上才能输出足够光强，这也推高了功耗。

TDK团队开发出一种光子芯片，片通过电压控制激光而不再持续改变供给激光器的电流，从而克服了上述局限。

具体做法是，施加在芯片上的电压会在红、绿、蓝三色光合并为单一输出光束之前，分别调节各色光的强度。

研究人员采用铌酸锂薄膜制造器件。铌酸锂的光学特性可通过电场调控。芯片集成了三个马赫-曾德尔干涉仪，每个基色各用一个。这些结构将光分束后再合束，使施加电压能够控制通过各通道的光强。随后，由铌酸锂波导构成的多路复用器将三色光汇合为一束。

实验中，研究人员通过施加在芯片上的电压分别控制各颜色通道；将各通道组合起来后，系统便能产生全彩输出。研究人员同时将器件与MEMS扫描镜集成，展示了它在激光束扫描系统中生成全彩图像的潜力。

速度是这项研究的重点之一。芯片实现了10吉赫兹的调制带宽。研究人员称，这一带宽足以支持4K及更高分辨率。方案不再依赖直接调制激光二极管来实现快速颜色控制，从而解决了限制传统激光扫描显示屏分辨率的一个因素。

电压控制设计同时显著降低了能耗。研究人员发现，与传统方案相比，系统可将总功耗降低75%以上。由于光强可由光子电路控制，而不必靠维持较高的激光电流来实现，设计省去了用于削减多余激光输出的中性密度滤光片。

这些改进共同应对了激光扫描显示屏小型化中的多项相互关联的挑战：切换速度、功耗以及所需光学元件的数量。

研究人员总结称，薄膜铌酸锂电路提升了将高分辨率成像与智能眼镜所需小巧体积相结合的现实可行性。所演示的10 GHz带宽和全彩输出提供了实验证据，证明外部电压控制可支撑超紧凑激光束扫描显示屏。

相关论文：Thin-film lithium niobate photonic integrated circuit for laser beam scanning imaging

后续改进将着重降低光在通过铌酸锂波导时以及三色光合并过程中的光学损耗。损耗降低后，系统整体效率有望提高，也能为将这类光子电路集成到紧凑型可穿戴显示屏中提供更有力的依据。