[發明專利]一種基于高折射率材料的-2級傾斜光柵及應用

在審

• 申請號: 202210709648.0
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN115097558A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 王津;周常河;賈偉;張善文
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18;G02B6/10;G02B1/04;G02B27/01
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

本發明公開一種基于高折射率材料的?2級傾斜光柵，包括光波導層和光柵層，所述光波導層和光柵層采用折射率為1.71的樹脂材料制成，所述光柵層傾斜設置。傾斜光柵的光柵周期為980～992納米，占空比為0.74～0.76，光柵深度為1475～1490納米，傾斜角為26～27°。TE偏振光垂直入射時，可以實現中心波長620納米?2級衍射效率高于80％。本發明還公開了一種基于高折射率材料的?2級傾斜光柵在近眼顯示設備上的應用，適用于AR、VR近眼顯示設備，取材方便，加工簡單，具有重要的實用前景。

技術領域

本發明涉及技術領域，特別涉及一種基于高折射率材料的-2級傾斜光柵及應用。

背景技術

VR/AR技術在娛樂、教育、醫療與軍事等方面有著巨大的應用前景及發展趨勢。增強現實(AR)與虛擬現實(VR)的近眼顯示系統是關鍵的一環，近眼顯示設備是將顯示器上的像素,通過一系列光學成像元件形成遠處的虛像并投射到人眼中，而衍射光柵在VR/AV近眼顯示設備中是關鍵元器件。常見的一維光柵有矩形光柵，閃耀光柵和傾斜光柵，矩形光柵的0級衍射占據了絕大部分效率，有用的衍射級次效率較低。閃耀光柵和傾斜光柵可以用來提升衍射光柵波導的性能，但是閃耀光柵用于可見光波段時，生產工藝精度要求非常高，導致大規模生產良率低。傾斜光柵的衍射能量可以絕大部分集中在非0級，更適合于波導衍射傳輸和成像，傾斜光柵的應用范圍相對于閃耀光柵來說更加廣泛，因此傾斜光柵使用在基于光導的AR/VR顯示系統中具有顯著優勢。

傾斜光柵的研究設計及應用已經得到了許多人的關注。李樹斌等人設計了高效率傾斜光柵【在先技術1：申請號201310285669.5和在先技術2：申請號201310645651.1】，但是該傾斜光柵應用其-1級衍射光，其設計波長并不適合應用在AR/VR領域。而為了提高衍射效率，傳統標量光柵已經不滿足需求，高密度傾斜光柵的設計必須采用矢量形式的麥克斯韋方程并結合邊界條件，通過編碼的計算機程序精確地計算出結果。Moharam等人已給出了嚴格耦合波算法【在先技術3:M.G Moharam et al.，J.Opt.Soc.Am.A.12，1077(1995)】，可以解決這類高密度光柵的衍射問題。利用嚴格耦合波分析及模擬退火算法，優化設計傾斜光柵。但據我們所知，目前為止，還沒有人針對常用620納米波長的紅光給出制作基于高折射率材料的-2級傾斜光柵。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于高折射率材料的-2級傾斜光柵，該傾斜光柵能使TE偏振光垂直入射時，實現中心波長620納米-2級衍射效率高于80％，且-2級衍射級次在光波導層內實現全內反射。在AR/VR技術領域具有重要的實用價值。

本發明的另一技術目的在于，提供一種基于高折射率材料的-2級傾斜光柵在近眼顯示設備上的應用。

本發明的技術方案為：一種基于高折射率材料的-2級傾斜光柵，包括光波導層和光柵層，所述光波導層和光柵層采用折射率為1.71的樹脂材料制成，所述光柵層傾斜設置。

進一步，所述傾斜光柵的光柵周期為980～992納米，占空比為0.74～0.76，光柵深度為1475～1490納米，傾斜角為26～27°。

進一步，所述傾斜光柵的光柵周期為986納米，占空比為0.75，光柵深度為1482納米，傾斜角為26.5°。

本發明的另一技術方案為：一種基于高折射率材料的-2級傾斜光柵在近眼顯示設備上的應用。

本發明相對于現有技術，具有以下有益效果：

TE偏振光垂直入射時，可以實現中心波長620納米-2級衍射效率高于80％，并且在光波導層實現全內反射。利用直寫工藝和刻蝕工藝，可以獲得適用于AR/VR技術的傾斜光柵，具有重要的實用前景。本發明具有使用靈活方便、衍射效率較高等優點，是一種非常理想的衍射光學元件。

附圖說明

圖1為本發明的傾斜光柵的結構示意圖。