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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。图像光线经由第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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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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