0:00 / 0:00
Tagasi 2019. aastal on Orion meeskond valmistas Meta asutajale ja tegevjuhile Mark Zuckerbergile ette olulise demo, näidates potentsiaalseid lainejuhte liitreaalsuse prillid-see oli pöördeline hetk, mil paberil olevad teoreetilised arvutused muutusid elavaks. Ja see oli demo, mis muutis kõike.
"Klaaspõhiste lainejuhtide ja mitme plaadiga prille kandes oli tunne, nagu oleksite diskos," meenutab optikateadlane Pasqual Rivera. "Kõikjal olid vikerkaared ja see oli nii häiriv - sa isegi ei vaadanud AR-sisu. Siis panid sa prillid koos ränikarbiid lainejuhid, ja see oli nagu sümfooniaorkestris, kus kuulasid vaikset klassikalist pala. Sa võisid tegelikult pöörata tähelepanu sellele, mida me ehitasime. See muutis kogu mängu."
Kuid nii selge (sõnamäng mõeldud) kui ränikarbiidi valik substraadina ka täna ei tundu, kui me esimest korda alustasime tee AR prillidele kümme aastat tagasi, see oli kõike muud kui.
"Ränikarbiid on tavaliselt tugevalt lämmastikuga doteeritud," ütleb Rivera. "See on roheline ja kui see muutub piisavalt paksuks, näeb see välja must. Sellest ei saa kuidagi optilist läätse teha. See on elektrooniline materjal. Sellel on põhjus, miks see on sellist värvi, ja seda elektrooniliste omaduste tõttu."
"Ränikarbiid on materjalina kasutusel olnud juba pikka aega," nõustub AR Waveguides'i tehniline juht Giuseppe Calafiore. "Selle peamine kasutusala on suure võimsusega elektroonika. Võtame näiteks elektrisõidukid: Kõik elektriautod vajavad kiipi - kuid see kiip peab olema võimeline ka väga suurt võimsust andma, rattaid liigutama ja seda asja ajama. Tuleb välja, et seda ei saa teha tavalise ränisubstraadiga, millest tehakse kiibid, mida me kasutame oma arvutites ja elektroonikas. Vaja on platvormi, mis võimaldab läbida suuri voolusid, suurt võimsust, ja see materjal on ränikarbiid."
Kuni üsna hiljutiste arutelude elavnemisele taastuvate energiaallikate üle ei olnud nende suure võimsusega kiibistikute turg kaugeltki nii suur kui tarbeelektroonika kiipide turg. Ränikarbiid on alati olnud kallis ja kulude alandamiseks ei olnud suurt stiimulit, sest sellise suurusega kiibi puhul, mida tehakse auto jaoks, oli põhimiku hind talutav.
"Kuid selgub, et ränikarbiidil on ka mõned omadused, mida me vajame lainejuhtide ja optika jaoks," ütleb Calafiore. "Murdumisnäitaja on peamine omadus, mis meid huvitab. Ja ränikarbiidil on kõrge murdumisnäitaja, mis tähendab, et see on võimeline kanaliseerima ja väljastama suure hulga optilisi andmeid. Võite mõelda sellest kui optilisest ribalaiusest - täpselt nagu interneti jaoks on olemas ribalaius ja te soovite, et see oleks piisavalt suur, et saaksite selle kanali kaudu saata suuri andmemahte. Sama kehtib ka optiliste seadmete kohta."
Mida kõrgem on materjali murdumisnäitaja, seda kõrgem on selle étendue, nii et saate selle kanali kaudu saata rohkem optilisi andmeid.
"Meie puhul on kanal meie lainejuht ja suurem étendue tähendab suuremat vaatevälja," selgitab Calafiore. "Mida suurem on materjali murdumisnäitaja, seda suuremat vaatevälja suudab ekraan toetada."
Tee õige murdumisnäitajani
Kui Calafiore esimest korda 2016. aastal Oculus Researchiga liitus, oli meeskonna käsutuses kõrgeim murdumisnäitaja 1,8, mis nõudis soovitud vaatevälja saavutamiseks mitme plaadi virnastamist. Soovimatuid optilisi artefakte kõrvale jättes muutus kokkupanek üha keerulisemaks, kuna kaks esimest lainejuhti pidid olema ideaalselt joondatud ja seejärel pidi see virnas olema ideaalselt joondatud kolmanda lainejuhiga.
"See ei olnud mitte ainult kallis, vaid oli ka kohe selge, et prillide puhul ei saa olla kolm klaasi ühe klaasi kohta," meenutab Calafiore. "Need olid liiga rasked ja paksus oli lubamatult suur ja kole - keegi ei ostaks seda. Seega läksime tagasi alguspunkti: püüdsime suurendada põhimiku murdumisnäitajat, et vähendada vajalike plaatide arvu."
Esimene materjal, mida meeskond uuris, oli liitiumniobaat, mille murdumisnäitaja on umbes 2,3 - üsna palju kõrgem kui klaasil, mille murdumisnäitaja on 1,8.
"Me mõistsime, et meil piisab kahe plaadi virnastamisest ja võib-olla saaksime isegi ühe plaadiga hakkama, et katta ikkagi vaatevälja," ütleb Calafiore. "Peaaegu paralleelselt hakkasime uurima teisi materjale - nii saime 2019. aastal koos oma tarnijatega teada, et ränikarbiid on oma puhtal kujul tegelikult väga läbipaistev. Samuti juhtub, et sellel on kõrgeim optilise rakenduse jaoks teadaolev murdumisnäitaja, mis on 2,7."
See on 17,4% kasv võrreldes liitiumniobaadiga ja 50% kasv võrreldes klaasiga, kui te kodus arvestust peate.
"Mõne muudatusega samadel seadmetel, mida tööstuses juba kasutati, oli võimalik saada läbipaistvat ränikarbiidi," ütleb Calafiore. "Võis lihtsalt muuta protsessi, olla palju hoolikam ja optimeerida elektrooniliste omaduste asemel optilisi omadusi: läbipaistvust, ühtlast murdumisnäitajat jne."
Kompromisside potentsiaalne hind
Reality Labs'i meeskond oli toona esimene, kes üritas isegi läbipaistmatult ränikarbiidplaatidelt läbipaistvatele plaatidele üle minna. Ja kuna ränikarbiid on üks kõvemaid teadaolevaid materjale, on selle lõikamiseks või lihvimiseks sisuliselt vaja teemantist tööriistu. Selle tulemusena olid ühekordsed insenerikulud väga suured, nii et saadud põhimik oli üsna kallis.
Kuigi on olemas kuluefektiivsemad alternatiivid, nagu iga tehnoloogia puhul, on neil kõigil kompromissid. Ja kui vaateväli suureneb Orioni tööstusharu juhtiva vaatevälja (umbes 70 kraadi) suunas, tekivad uued probleemid, nagu kummituskujutised ja vikerkaared.
"Optimaalse lahenduse leidmine laia vaateväljaga AR-ekraanile on seotud kompromissidega jõudluse ja kulude vahel," selgitab teadusdirektor Barry Silverstein. "Kulusid saab sageli vähendada, kuid kui jõudlus ei ole piisav, ei ole kulud lõppkokkuvõttes olulised."
Kummituskujutised on nagu ekraanile projitseeritava esmase kujutise visuaalne kaja. Vihmakaared on värvilised valgusvihud, mis tekivad siis, kui ümbritsev valgus peegeldub lainejuhilt. "Ütleme, et te sõidate öösel, kui teie ümber on liikuvad autotuled," ütleb Silverstein. "Siis tekivad ka vikerkaared, mis liiguvad. Või kui sa oled rannas võrkpalli mängimas ja päike paistab, siis saad sa vikerkaarevihma, mis liigub koos sinuga ja sa jääd oma löögist ilma. Ja üks ränikarbiidi imelisi omadusi on see, et ta vabaneb neist vikerkaartest."
"Ränikarbiidi teine eelis, mida ükski teine materjal ei oma, on soojusjuhtivus," lisab Calafiore. "Plast on kohutav isolaator. Klaas, liitiumniobaat, sama asi. Ränikarbiid on läbipaistev, näeb välja nagu klaas ja arvake ära: see juhib soojust."
Seega otsustas meeskond 2020. aasta juulis, et ränikarbiid on optimaalne valik kolmel peamisel põhjusel: See andis parema vormifaktori, sest vajas ainult ühte plaati ja väiksemaid kinnitusstruktuure, sellel olid paremad optilised omadused ja see oli kergem kui kahe plaadiga klaas.
Slant Etch'i saladus
Kui materjal oli meeles, oli järgmine pähkel, mida pidi murdma, lainejuhtide valmistamine - ja eriti ebatraditsiooniline võre tehnika, mida nimetatakse kaldlõikamiseks.
"Võre on nanostruktuur, mis ühendab ja lahutab läätse valguse," selgitab Calafiore. "Ja et ränikarbiid toimiks, peab võre olema kaldlõikega. Selle asemel, et olla vertikaalne, tahate, et võrega jooned oleksid diagonaalselt kaldu."
"Me olime esimesed, kes tegid otse seadmetele kaldsöövitust," ütleb teadusjuht Nihar Mohanty. "Kogu tööstus tugines varem nanoprindile, mis ei toimi nii suure murdumisnäitajaga substraatide puhul. Seetõttu ei olnud keegi teine maailmas mõelnud ränikarbiidi tegemise peale."
Kuid kuna kaldsöövitus on ebaküps tehnoloogia, puuduvad enamikul pooljuhtkiipide tarnijatel ja tehastel vajalikud tööriistad.
"2019. aastal asutasime koos oma toonase juhi Matt Colburniga oma rajatise, sest maailmas ei olnud midagi, mis oleks suutnud valmistada söövitatud ränikarbiidist lainejuhte ja kus me oleksime saanud tõestada, et tehnoloogia on väljaspool laboratooriumi," selgitab Mohanty. "See oli tohutu investeering ja me rajasime seal kogu torujuhtme. Meie partnerid valmistasid meie jaoks eritellimusena tööriistad ja protsessi arendasime välja Meta ettevõttes, kuigi meie süsteemid on teadusuuringute tasemel, sest tootmisotstarbelisi süsteeme ei olnud olemas. Töötasime koos tootmispartneriga, et arendada välja tootmiskvaliteediga kaldsöövituse tööriistad ja protsessid. Ja nüüd, kui oleme näidanud, mis on ränikarbiidiga võimalik, tahame, et teised tööstusharu esindajad hakkaksid ise tööriistu valmistama."
Mida rohkem ettevõtteid investeerivad optilise kvaliteediga ränikarbiidi ja arendavad seadmeid, seda tugevamaks muutub tarbijate AR-prillide kategooria.
Enam ei jaga vihmaussid
Kuigi tehnoloogiline paratamatus on müüt, tunduvad tähed kindlasti olevat ränikarbiidi kasuks joondumas. Ja kuigi meeskond uurib jätkuvalt alternatiive, on tunne, et õiged inimesed on õigel ajal ja õigetes turutingimustes kokku tulnud, et ehitada selle materjali abil AR-prille.
"Orion tõestas, et ränikarbiid on elujõuline võimalus AR-prillide jaoks," ütleb Silverstein, "ja nüüd näeme huvi kogu tarneahelas kolmel erineval kontinendil, kus seda võimalust tõsiselt otsitakse. Ränikarbiid tuleb võitjaks. Minu arvates on see vaid aja küsimus."
Ja selle aja jooksul võib palju juhtuda - nii nagu on muutunud ka see, kui me kasvatasime esimesed selged ränikarbiidkristallid.
"Kõik need ränikarbiiditootjad olid vastuseks oodatavale EV-buumile pakkumist tohutult suurendanud," märgib Calafiore. "Praegu valitseb ülevõimsus, mida ei olnud olemas, kui me Orioni ehitasime. Nüüd, kus pakkumine on suur ja nõudlus väike, on põhimiku hind hakanud langema."
"Tarnijad on väga põnevil uue võimaluse üle toota optilise kvaliteediga ränikarbiidi - iga lainejuhtlääts kujutab endast ju suurt materjali kogust võrreldes elektroonilise kiibiga ning kõik nende olemasolevad võimalused kehtivad ka selles uues valdkonnas," lisab Silverstein. "Oma tehase täitmine on hädavajalik ja tehase skaleerimine on unistus. Ka vahvli suurus on oluline: Mida suurem on vaabel, seda väiksemad on kulud, kuid ka protsessi keerukus suureneb. See tähendab, et oleme näinud tarnijaid, kes on liikunud neljatolliselt vahvlilt kaheksatollisele ning mõned töötavad 12-tollise vahvli eelkäijatega, mis annaks eksponentsiaalselt rohkem AR-prille."
Need edusammud peaksid aitama kulusid jätkuvalt vähendada. Praegu on veel vara, kuid tulevik on jõudmas fookusesse.
"Iga uue tehnoloogilise revolutsiooni alguses proovitakse palju asju," ütleb Calafiore. "Vaadake näiteks televisiooni: Alustasime katoodkiiretorudega, siis läksime üle LED-plasmatelerite ja nüüd mikro LED-ide juurde. Me käisime läbi mitu erinevat tehnoloogiat ja arhitektuuri. Kui te otsite teed, siis paljud teed ei lõpe kuhugi, kuid on mõned, mille juurde te ikka ja jälle tagasi tulete, sest need on kõige paljutõotavamad. Me ei ole tee lõpus ja me ei saa seda üksi teha, kuid ränikarbiid on imematerjal, mis on investeeringut väärt."
"Maailm on nüüd ärkvel," lisab Silverstein. "Oleme edukalt näidanud, et ränikarbiid võib painduda elektroonika ja fotoonika valdkonnas. See on materjal, millel võib tulevikus olla rakendusi kvantarvutites. Ja me näeme märke, et on võimalik kulusid oluliselt vähendada. Palju tööd on veel teha, kuid potentsiaalne kasu on tohutu."
Lisateave ränikarbiidi kohta Fotoonika spekter.
Lisateavet Orioni kohta leiate nendest blogipostitustest:
ET 
EN 
BG 
CS 
EL 
HR 
HU 
LT 
LV 
FR 
NL 
PL 
PT 
RO 
SL 
SK