作者：徐子富，李炜（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）
客观指标：设备的技术分析
研究人员分别介绍了这几种代表性AR设备的技术特征和关键参数，重点关注其影响人体工程学的参数。从他们罗列出的数据来看，不同的光学设计方案也直接影响并限制了其图像质量。
总的来说，衍射/全息耦合器元件（Hololens、Rokid X Craft）与Birdbath架构（XReal、Rokid Max）可提供当前最优的FOV。相比之下，Epson及Google Glass受限于光学设计，难以在不增加体积的前提下突破FOV局限。在图像分辨率方面，XReal、Rokid Max、Hololens和Rokid X Craft凭借其优秀的分辨率，使复杂装配单元的结构清晰可辨。在亮度方面，Epson、Rokid与Vuzix的亮度最佳。此外，他们还对比了这些设备的容量、电池寿命、重量、存储、RAM以及防水、防尘和防摔功能等。
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导读
近日，第 12 届世界运动会在成都火热举行，赛事期间亮相的 “人工制冷黑科技” 在网络上迅速掀起讨论热潮，成为公众关注的焦点。八月的成都，正处于持续高温炙烤中，气象台已连续多日发布高温红色预警，世运会场馆周边的气温更是多次突破 40℃，极端酷热天气给赛事保障工作带来严峻考验。其中，暴露在烈日下的通信基站首当其冲，面临着设备过热导致闪断、瞬断的风险。面对这一挑战，保障团队拿出了一种特殊涂层材料，轻轻刷在基站设备表面，给这些金属柜子穿上了一层“防晒衣”。令人惊奇的是，在正午持续暴晒下，这些机柜摸起来竟然不烫手，表面温度最高比环境温度低了近30℃[1]。实际上，这种现象是源于一种光子制冷技术。即使烈日当空，应用这项技术的物体也能够实现表面温度显著低于周围环境气温，有效遏制了设备因高温导致的故障风险。
夏季烈日灼灼，空调制冷已成为住宅应对酷暑的首要选择。然而，这种方式不仅会加剧电力峰值压力，消耗巨量能源，更会间接促使温室气体大量排放，进一步加剧城市热岛效应，对人类健康与社会生产力构成严重威胁。2024年世界气象组织报告显示，亚洲变暖速度是全球的两倍，这一趋势无疑将使我国城市热岛效应愈发显著[2]。因此发展更绿色、节能的城市降温方式，已成为现代社会的迫切需求。
从传统的建筑遮阳棚到防晒隔热涂料，降温手段始终围绕调节环境温度、提升居住舒适度这一核心目标。但传统方式效率有限，既无法持续稳定地降低城市整体温度，也难以适配复杂多样的城市空间环境。而未来，一种集成光学调控、纳米工程与环境适配性的光子制冷技术[3]正在突破传统降温模式，或将成为城市的 “清凉屏障”，能够通过反射太阳辐射、释放自身热量，为建筑室内持续营造凉爽环境。更重要的是，这项技术无需电力驱动，且不产生温室气体排放，对环境友好，可有效缓解城市热岛效应。它的出现，或将彻底改变人类应对城市高温的模式。
试想，当盛夏烈日炙烤城市时，应用了光子制冷技术的建筑外墙会立即发挥作用。其表面的光学微结构如同精准的 “热量反射镜”，持续反射太阳光谱中的可见光和红外线，同时以热辐射的形式将自身热量发射到外部空间[4]。值得一提的是，该技术固有的光谱特性使其在连续高温环境下仍能保持稳定的散热效率，将高温影响控制在较低水平。这种特性恰似一位尽责的 “降温卫士”，凭借自身的结构与性能在高温环境下持续发挥作用，彻底避免了传统降温方式对额外能源的依赖。
图1：光子制冷器件的光谱特征和城市建筑群中的应用效果
适配多元场景是光子制冷技术的另一大亮点。其特殊的功能性涂层技术（如复合微纳颗粒或多层膜技术）能满足不同建筑类型（包括建筑楼顶、高楼外墙、道路路面、公共设施表面等）的降温需求，还可实现角度选择性和光谱选择性制冷功能，摆脱了统一应用标准的局限[5, 6]。部分技术方案还结合隔热设计，通过多层结构阻断热量传导。对于高密度建筑群或交通枢纽而言，这项技术的价值尤为突出，让炎热的城市空间 “维持” 适宜温度，为人们提供舒适环境。
图2：光子制冷器件的微观结构和实物照片[4-7]
耐用性与环保性这一看似矛盾的需求，也被该技术巧妙化解。新型光子制冷器件采用复合结构设计，表面覆盖的细微防护层足以抵御风雨、紫外线等自然因素的侵蚀，同时确保热量顺利散发。经特殊处理的光子制冷器件使用寿命可达10年以上。此外，部分光子制冷器件的附着层借鉴了自然黏附机制设计，既能与各类建筑表面牢固结合，又能在达到使用年限后通过环保方式处理，既不对建筑造成损伤，又能减少废弃物污染。
未来，光子制冷技术将更具智能性，其光谱特性可随外部温度自适应调节。夏季高温时，它能阻隔酷暑入侵；寒冬降临时，又能智能切换特性，变为高效的 “温暖屏障”。它将允许可见光穿透并转化为热量，同时锁住建筑内部的红外辐射，减少热量流失，维持室内温度稳定[8]。这种双向调节特性宛如一位尽责的 “环境调节器”，在不同季节持续发挥作用，从根本上避免了城市空间 "冬夏双耗能" 的困境。
图3：利用光子制冷技术的户外日间建筑制冷的模拟效果[5]
这场城市降温革命的意义，不仅在于技术本身的突破，更在于它将绿色理念融入了城市建设。在全球范围内，高温频发的城市无需依赖大量空调消耗能源，高密度建筑住宅的降温改造变得更加简便高效，城市居民可以享受到持续的清凉环境。当光子制冷技术普及之时，人类对抗城市高温的历程将翻开全新的一页——城市降温不再是被迫消耗能源的黑洞，而是一场由科技主导的、对生态平衡的主动调节。
参考文献
1. 《成都世运会人工降温原理 “成都智造”制冷黑科技》,锦观新闻.
2. Ripple William J. et al., The 2024 state of the climate report: Perilous times on planet Earth, BioScience 74, 812-824 (2024).
3. 郭晨玥 et al., 天空辐射制冷技术发展现状与展望, 制冷学报 43, 3 (2022).
4. Raman Aaswath P. et al., Passive radiative cooling below ambient air temperature under direct sunlight, Nature 515, 540-544 (2014).
5. Xie Fei et al., Subambient daytime radiative cooling of vertical surfaces, Science 386, 788-794 (2024).
6. Xiao Chengyu et al., Ultrabroadband and band-selective thermal meta-emitters by machine learning, Nature 643, 80-88 (2025).
7. Fei Jipeng et al., Passive cooling paint enabled by rational design of thermal-optical and mass transfer properties, Science 388, 1044-1049 (2025).
8. 片思杰et al., 辐射制冷技术的物理基础与研究进展, 量子电子学报 40, 1 (2023).
本文转载自《中国光学》微信公众号
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