ENG: Researchers at POSTECH have unveiled a significant advancement in augmented-reality (AR) technology by creating an ultrathin, single-layer optical waveguide capable of displaying vivid full-color images. A long-standing challenge in AR display design has been chromatic dispersion, which traditionally necessitated stacking multiple glass layers, each handling red, green, or blue light separately to deliver accurate color. This multilayer approach added bulk and weight, limiting the practicality of AR glasses for extended use.
To overcome this, Professor Junsuk Rho and his team engineered an achromatic metagrating composed of finely tuned nanoscale silicon-nitride (Si₃N₄) pillars. These pillars were optimized using a stochastic topology-optimization algorithm to bend and guide light efficiently across the visible spectrum, all within a single glass layer just 500 micrometers thick, about one-hundredth the diameter of a human hair. The result was a compact waveguide capable of producing high-brightness, full-color images with excellent uniformity and minimal chromatic blur.
The new design also achieved a comfortable 9-mm eyebox, allowing users to see clear images even when their eye position shifts slightly. Beyond enhancing image quality, the simplified architecture could lead to lighter, thinner, and more cost-effective AR glasses that resemble conventional eyewear. With support from POSCO Holdings, Samsung Research, and South Korean government initiatives, this breakthrough brings the vision of everyday AR glasses closer to reality and sets a new benchmark for AR display performance.
RO: Cercetătorii de la POSTECH au dezvăluit un progres semnificativ în tehnologia realității augmentate (AR) prin crearea unui ghid de undă optic ultra-subțire, cu un singur strat, capabil să afișeze imagini în culori vii. Dispersia cromatică a reprezentat o provocare de lungă durată în proiectarea afișajelor AR, necesitând în mod tradițional suprapunerea mai multor straturi de sticlă, fiecare tratând separat lumina roșie, verde sau albastră pentru a oferi culori precise. Această abordare multistrat a adăugat volum și greutate, limitând caracterul practic al ochelarilor AR pentru utilizare prelungită.
Pentru a depăși această problemă, profesorul Junsuk Rho și echipa sa au proiectat un metagrat acromatică format din piloni nanometrici de nitrură de siliciu (Si₃N₄) fin reglați. Acești piloni au fost optimizați cu ajutorul unui algoritm stochastic de optimizare a topologiei pentru a curba și a ghida eficient lumina în spectrul vizibil, totul într-un singur strat de sticlă cu o grosime de doar 500 de micrometri, aproximativ o sutime din diametrul unui fir de păr uman. Rezultatul a fost un ghid de undă compact, capabil să producă imagini colorate, luminoase și uniforme, cu o claritate remarcabilă și fără estompare cromatică.
Noul design a obținut și o cutie oculară confortabilă de 9 mm, permițând utilizatorilor să vadă imagini clare chiar și atunci când poziția ochilor lor se schimbă ușor. Pe lângă îmbunătățirea calității imaginii, arhitectura simplificată ar putea duce la ochelari AR mai ușori, mai subțiri și mai accesibili, care să semene cu ochelarii convenționali. Cu sprijinul POSCO Holdings, Samsung Research și al unor inițiative guvernamentale sud-coreene, această descoperire aduce mai aproape realitatea unor ochelari AR pentru uz cotidian și stabilește un nou standard în performanța afișajelor AR.
Source (Pohang University of Science & Technology (POSTECH), “One Glass, Full Color: Sub-Millimeter Waveguide Shrinks AR Glasses”, 08.05.2025)
Paper: Moon, S., Kim, S., Kim, J., Lee, C.K. and Rho, J., 2025. Single-layer waveguide displays using achromatic metagratings for full-colour augmented reality. Nature Nanotechnology, pp.1-8.
