摘要：提出了在波矢k空间中设计衍射光波导片的相关理论,系统仿真并研究了光线波长、光栅周期、光栅时钟角、波导基底折射率以及波导基底折射率色散对衍射光波导视场角以及相关设计参数的影响。设计结果表明,当使用宽光谱光源时,光谱带边缘波长的视场存在切割,对显示效果影响不大,衍射光波导片适用于宽光谱光源。波导基底折射率色散对衍射光波导设计的影响可以忽略。时钟角为40-270-140时,各个光栅区域位置及尺寸合适,适合于实际加工。本工作对衍射光波导的设计提供了积极的指导和借鉴。

摘要：增强现实技术是一种将虚拟环境信息叠加在真实世界中并加以有效利用的一种新型显示技术,在教育、医疗、旅游、汽车、建筑等领域有广阔的应用前景。增强现实近眼显示设备是增强现实技术的重要组成部分,而光波导是实现增强现实近眼显示设备高性能与微型化等特性的核心光学元件。光波导主要分为几何光波导和衍射光波导,几何光波导原理简单,其制备技术较为完善并且可以实现量产,但视场角与出瞳范围较小、制备工艺复杂;衍射光波导则具有极高的设计自由度及优良的性能,但成像时存在的彩虹效应与色散等问题仍待解决。本文综述了不同类型光波导的设计和制备技术,分析了几何光波导和衍射光波导在原理、结构参数、性能评价和制备流程等方面的表现,最后总结了目前增强现实近眼显示技术所面临的挑战,并对未来的发展前景进行展望。

摘要：增强现实(augmented reality,AR)系统是一种将虚拟影像叠加到现实环境的显示系统,光波导是AR显示系统的核心元件,可以实现系统的微型化与轻量化。光波导耦合元件衍射效率的高低极大地影响AR显示系统的成像质量,为提高AR显示系统中耦合元件的衍射效率,该文提出了一种多层光栅叠加的波导结构,基于矢量衍射理论,采用严格耦合波分析法对光栅进行仿真分析。仿真结果显示:单层倾斜光栅的平均衍射效率在50°视场角范围内达到60%,3层光栅叠加的波导结构平均衍射效率达到85%以上,较单层光栅衍射效率提高了25%。分析结果表明,多层光栅叠加的波导结构可以实现更大的视场角与衍射效率,使AR显示系统具有更清晰的视场。

摘要：为适应单色增强现实光学系统体积更小、更易佩戴、视场更大、成像更清晰明亮的要求,文中基于双光栅和平面波导技术原理,完成了光学系统的设计和显示效果评价。基于Zemax软件实现了目镜光学系统、耦合光学系统、平面波导系统和耦合出系统模型优化及建立。以真实图像传输为目标,对仿真结果进行实验验证。实验研究表明:在单波长为532 nm,出瞳距离为8 mm条件下,系统结构正确合理,可以实现20°视场和10 mm的大出瞳显示,图像相似度为34.8。

摘要：增强现实(AR)是一种将虚拟影像叠加到现实环境的显示设备,在军事、医疗等领域具有广阔的应用前景。为提高AR显示系统的视场角,使用亚波长光栅作为双通道光波导耦合元件,基于矢量衍射理论调制光栅±1级衍射效率,并通过严格耦合波分析法(RCWA)对光栅进行仿真分析。仿真结果显示,单通道波导结构在50°视场下衍射效率在60%以上,双通道波导结构在100°视场下平均衍射效率达到70%以上,且双通道波导在400~800 nm波段范围内最低衍射效率在60%以上,转置光栅分区反射效率分别为30%、35%、32%。结果表明,相较单通道波导,双通道波导结构可以实现更大的视场角。