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| 22I-T15 2022-07 SBU-(李锐+冠佑) 联合Zemax与Lumerical仿真光波导AR系统.pdf |
联合Zemax与Lumerical仿真光波导AR系统 |
2022-07-13 15:38:43 2022-07-13 15:38:43 |
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联合Zemax与Lumerical仿真光波导AR系统
2022.07.13光波导AR系统总览
光波导AR系统如图所示，左图为侧视图，右图为俯视图。图像光线经由一个光栅耦合进光波导，再经过第二个光栅将光线偏折90度继续在光波导中传播，然后第三个光栅将光线耦合出光波导，进入人眼。光栅分析部分由Lumerical负责，得到的光栅数据导入Zemax软件中，由Zemax进行整个光学系统的光线追迹，仿真出人眼所能看到的图像效果。
图1.1 光波导AR系统侧视图 图1.2光波导AR系统正视图
Lumerical的光栅设计
2.1 组件设计目标转换为光栅设计参数
在AR系统中，可能有多个光栅，每个光栅都有各自的作用，包含把光线转折到目标角度，以及为了与环境沉浸、考虑讯号效率而设定的穿透反射比例目标等。要用光栅做组件时，必需考虑光栅对波长敏感的特性，以及要以光栅的特征来描述上述组件目标。以下列出常用的考虑设计参数以及光栅描述方式：
- 讯号光源:光栅的作用波长为550nm，TE mode，入射光从基板入射，并且 650nm正视穿透率越高越好
- 光栅材料为TiO2，有400~700nm的n、k数据，制程结构高/宽比值<1，宽度精度0.05um，高度精度0.01um
- 反射衍射共三阶，分别为(-1，0，+1)，衍射角度对应（-50，0，+50）度，设计能量集中在 -1阶
- 环境光线在在10度角内从结构面入射穿透率>50%
有了衍射各阶的角度差A、作用波长λ，则可决定周期P=λ/tan(A)，而效率设计则与周期内的形状、材料有关，建议把形状参数化，用Lumerical寻找较好的条件。
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