摘 要
最近几年，伴随着技术和工艺的进步以及消费电子市场的崛起，很多在过去非常前沿的光学应用开始“跑步”进入大家的日常生活。光学通信、光学传感、激光技术、光学显示等等的领域，都开始陆续推出足以重塑现代社会形态的“爆款”产品。
折叠光路技术
6月初问世的首款MR眼镜Vision Pro，它的巨幕投影功能就是Pancake技术（折叠光路技术）在智能穿戴设备上的成功应用。
Vision Pro可以实现100英尺（对角线长度，约30米）的虚拟观影巨幕。如果按照电影常见的21:9的长宽比例来换算，这块巨幕会达到27米长，13米高，高度相当于4层楼。这在巨幕尺寸上已经达到甚至超过了主流的影院IMAX银幕。IMAX实现巨幕投影，一般需要投影距离在20到30米左右，而Vision Pro在一个头显中，通过几十毫米的光路距离实现了同样的效果。
折叠光路技术是能够在微小空间实现巨幕观影的关键。折叠光路技术由多个折叠部分组成，每个折叠部分都包含一系列平面或非球面镜面、棱镜或透镜等元件。这些元件被安排在特定的几何形状和位置上，使光线沿着预设的路径进行反射和折射。通过多次反射、折射和重新定向，光线最终从输出端口射出，沿着一个与输入端口不同的轴向传播。过去的AR、VR眼镜使用的大多选择非球面透镜和菲涅尔透镜两条路径，而折叠光路技术与它们相比，能够在光学元件的整体厚度上压缩50%，这是目前为止实现设备轻便化的最优解。
菲涅尔透镜
透镜的折射仅仅发生在透镜表面，因此拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度，一样可以实现原有透镜的折射效果，还能使其比传统透镜更加轻薄。
激光雷达
激光雷达也是近两年光学应用的爆发点之一。之前结束的上海车展上，激光雷达几乎成了车辆标配。和传统的车载毫米波雷达相比，激光雷达探测距离远，可以提供三维信息，能够提供更强的整体感知能力，把全面的无人驾驶又向前推进了一大步。
简单说技术原理，激光雷达就是利用激光束对目标物体进行扫描，通过检测反射光信号来获取目标物体的位置、形状、距离和速度等等的信息，这一过程要用到发射器、接收器和处理器这些组件。单束的激光是不够用的，为了提高雷达精度，最开始的方案是增加激光发射器的数量，所以早期的机械式激光雷达都是几十上百公斤，还需要单独的冷却系统。所以这类大型设备最早都是用在军事侦查、火控、地图测绘这些纯军用或军民两用的过渡地带。
后来人们通过光学反射镜的高速振动或者旋转，把一路激光分成64路、128路甚至更多，替代了原有的增加发射器的路径。这一路径被称为半固态雷达，它在设备小型化上有所突破，但是机械件的损耗大，维护成本高。
现在最新的方向是固态雷达。通过激光雷达和成熟的半导体工艺结合，我们实现了激光束的电子调制，通过电调制器上的分路器实现激光束分路，用成本更低的电子元件替代了过去需要精密加工和机械运动的光学元件。这种没有任何机械运动部件的雷达被称为固态雷达。通过纳米级的加工工艺，激光发射器、接收器、处理器、芯片，都被集成到了非常小的模块内，实现了激光雷达的小型化，降低了制造成本。
从目前的实际应用看，固态雷达在光束分路的过程中也相应削减了激光的强度，影响了其探测性能，所以半固态雷达在未来一段时间可能还是主流方案。
光模块
光通信模块也是光学应用在半导体工艺加持下的一个新突破。光通信是利用光纤作为介质的通信技术。将电信号转化为光信号来传输，可以实现更高的带宽、更低的传输损耗、更远的传输距离、更大的通信容量。举个例子，过去住宅楼装宽带网络，传统的金属网线都是一户一根线，才能勉强维持带宽。而在光纤技术成熟以后，一根光纤的带宽和速度，已经足以支撑整栋楼的上网需求。
但是随着光纤通信和处理器能力的发展，整个系统在光电转换的末端遭遇了瓶颈。当信息传输至计算终端时，我们现有的技术条件还是需要把光信号转换为电信号，再接入服务器或计算机进行分析处理。比如大家家里的光纤宽带，入户以后还是回到了传统的路由器和网线。高速的光信号转化为电信号之后，在铜线中传输会产生损耗，由于趋肤效应，电子集中到导体的表面附近进行传输，信号频率越高这个现象越明显，这会导致高频信号的损耗和衰减，限制了带宽的升级，铜缆的传输超过5米就比较困难了。就好比一条4车道的高速公路，所有车都不开内侧3条道，全部集中在最外侧车道行驶，那即使给它扩成8车道，还是不解决问题。然后光纤到传统网线的转换就像在高速路上设了限速牌，不管之前开120公里还是开100公里，到这里统统按限速30来开。
趋肤效应
趋肤效应，是指在高频电路中，电流主要通过导体表面的一层薄层区域传输的现象。降低了导体的有效的传输截面积，增大表面电阻进而产生损耗和衰减。
/ 名词解释 /
在AI计算集群当中，服务器都通过光模块直接将光信号引入到PCB板卡边缘，但在PCB板上传输至CPU/GPU的这一段，也会产生明显的损耗，所以产业界一直想解决这个终端传导的困扰。一条现实的路径就是尽可能缩短这段电信号的传输距离。为了适应集成化和成本控制的需要，我们可以利用现有的半导体产线来加工集成化程度极高、体积非常小的光器件，把激光器、调制器、探测器这些光学元件通过硅基半导体集成在一起，甚至直接嵌入中央处理器中，这样就能实现光信号与CPU/GPU的直接连接，极大减少损耗。
健康指标监测
在智能穿戴设备中集成生物指标监测功能，也是近年光学应用小型化的突破。智能手表已经可以监测脉搏/心率、血氧等指标。新冠疫情时代很多人尝试过智能手表监测血氧浓度，就是通过光学吸收法实现的。手表向手臂同时发射波长不同的红光和红外光，根据它们进入血液吸收后的不同程度，计算出血液中氧合血红蛋白和去氧血红蛋白的比例，从而得出血液中的氧饱和度。
血糖监测是智能手表最新的突破方向。血糖浓度跟光的强度、相位、偏振角、频率等信息都有相关。找到二者的相关性，加之一定的算法就可以通过光学技术实现无创血糖指标监测。
