增强现实、虚拟现实和混合现实拓展了感知视野，并带来了超越传统平板显示器局限的更深层次的人数交互。
这种演变开启了一个令人兴奋的新可能性领域，包括元宇宙、数字孪生和空间计算，所有这些都在智能教育和培训、医疗保健、导航、游戏、娱乐和智能制造等不同领域得到了广泛的应用。
为了让AR、VR和MR显示器真正成为可长期佩戴的显示器，迫切需要紧凑、时尚的外形、低重量和低功耗。与菲涅尔透镜和折射透镜相比，基于偏振的折叠光学器件在过去几年中已成为紧凑轻量级 VR 头显的关键突破，包括 Apple Vision Pro 和 Meta Quest 3。
这些煎饼光学元件大大减小了VR显示器的体积，从而提高了头戴式设备的重心。然而，所采用的半反射镜会造成相当大的光学损耗，从而将最大效率限制在25%。因此，研究人员正在努力研究一种新的光学结构，该结构具有与煎饼透镜相同的折叠能力，但没有光学损失。
发布在《光电进展》上的一篇新文章的作者广泛探讨了光引擎、成像光学以及AR、VR和MR显示器的功耗。本文提出了一种改变游戏规则的煎饼光学系统，用于减少VR和MR显示器的体积，同时保持高效率。
这项研究背后的动机是对可穿戴 VR/MR 耳机的需求不断增长，这些耳机不仅在视觉上令人印象深刻，而且在长时间使用时也很舒适。目前采用传统煎饼光学器件的VR头显面临着光学效率低等挑战，这反过来又导致头显的热效应增加，并且由于半反射镜引起的巨大光学损耗而导致电池寿命短。
如图所示，只有约25%的显示面板的光到达观察者的眼睛。但是，如果微型显示器发出非偏振光，则最大光学效率进一步降低到12.5%。未使用的光要么被耳机吸收，这会增加热效应，要么变成杂散光，这会降低图像质量。
新型煎饼光学系统通过引入理论上的无损设计来应对这一挑战，在反射偏振器之间集成了一个非互易偏振旋转器，也称为法拉第旋转器。在这种设计中，非往易偏振旋转器在折叠光路中起着至关重要的作用。
与往复偏振旋转器相比，非互易偏振旋转器旋转线性偏振光，而不管光波的传播方向如何，如图2所示。因此，通过非往易偏振旋转器的正向和向后传播的往返导致净旋转 2θ。
使用激光源和micro-OLED面板进行了初步实验，以验证其光学效率和折叠能力。由于缺乏抗反射涂层和所采用的反射偏振片的性能不理想，测得的光学效率约为 71.5%。
采用高性能反射偏光片和AR镀膜后，光学效率提升至93.2%，接近理论预测。此外，在这种新型的煎饼光学系统中分析了四种可能的重影图像。通过识别这些重影的根本原因，提出了提高图像对比度的新方法。此外，还提出了一种多层结构，以拓宽法拉第旋转器的带宽，以实现全彩色显示。
非互易偏振旋转器和四分之一波板的三个序列足以实现宽带光谱响应。最后，为了实现大视场和真正紧凑的外形尺寸，本文分析并讨论了薄膜磁光学材料的一些可能候选材料。
总体而言，这些演示展示了这种新型煎饼光学系统的潜力，该系统可以以轻巧、紧凑的外形和低功耗彻底改变下一代 VR 和 MR 显示器。对无磁和高度透明的薄膜法拉第旋转器的迫切需求，同时在可见光区域具有较大的Verdet常数，预计将激发未来一轮磁光材料的发展。
