衍射波导结构制造技术

本实用新型专利技术提供了一种衍射波导结构。衍射波导结构包括：波导基底，波导基底为一片；耦入光学元件，耦入光学元件设置在波导基底的一侧表面上；转折光学元件，转折光学元件包括多个元胞结构，多个元胞结构呈矩形阵列设置；耦出光学元件，转折光学元件和耦出光学元件分别设置在波导基底的两侧表面上，且转折光学元件和耦出光学元件在波导基底上的投影至少部分重合；衍射抑制层，衍射抑制层位于耦出光学元件与波导基底之间。本实用新型专利技术解决了现有技术中的衍射波导结构存在输出效率低的问题。的衍射波导结构存在输出效率低的问题。的衍射波导结构存在输出效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
衍射波导结构


[0001]本技术涉及衍射光学设备
，具体而言，涉及一种衍射波导结构。

技术介绍

[0002]随着市场对虚拟现实VR、增强现实AR和混合现实MR显示设备需求的增加，能够应用在AR增强现实方面的衍射波导技术得到了越来越多的关注。其中，衍射波导结构是目前主流的AR显示方案的关键。但现有的衍射波导结构存在一些固有缺陷，例如系统效率低、不同视场角光线在波导中传播时，所走路径不同，导致其效率利用率也不相同，使得输出的效率不均匀。同时，提高光能利用率，提升波导的输出光均匀性也是当前研发的热点及方向。
[0003]也就是说，现有技术中的衍射波导结构存在输出效率低的问题。

技术实现思路

[0004]本技术的主要目的在于提供一种衍射波导结构，以解决现有技术中的衍射波导结构存在输出效率低的问题。
[0005]为了实现上述目的，本技术提供了一种衍射波导结构，包括：波导基底，波导基底为一片；耦入光学元件，耦入光学元件设置在波导基底的一侧表面上；转折光学元件，转折光学元件包括多个元胞结构，多个元胞结构呈矩形阵列设置；耦出光学元件，转折光学元件和耦出光学元件分别设置在波导基底的两侧表面上，且转折光学元件和耦出光学元件在波导基底上的投影至少部分重合；衍射抑制层，衍射抑制层位于耦出光学元件与波导基底之间。
[0006]进一步地，元胞结构被分为多个网格，多个网格沿至少两个方向依次排列，各网格中均具有光栅，同一个元胞结构的多个网格中的光栅相同或不相同。
[0007]进一步地，衍射抑制层的折射率小于波导基底的折射率。
[0008]进一步地，耦入光学元件与转折光学元件间隔设置在波导基底的一侧表面。
[0009]进一步地，耦出光学元件在波导基底上投影落入衍射抑制层在波导基底上的投影范围内；和/或衍射抑制层在波导基底上的投影完全覆盖波导基底。
[0010]进一步地，衍射抑制层为一层。
[0011]进一步地，衍射抑制层为折射率固定的或者折射率沿衍射抑制层的厚度方向变化的衍射抑制层。
[0012]进一步地，当衍射抑制层的折射率固定时，衍射抑制层的折射率大于等于1.65且小于等于2.65；和/或当衍射抑制层的折射率是沿衍射抑制层的厚度方向变化时，衍射抑制层的折射率大于等于1.7且小于等于2.0；和/或当衍射抑制层的折射率是沿衍射抑制层的厚度方向变化时，衍射抑制层的折射率沿远离其所在的波导基底的方向逐渐减小。
[0013]进一步地，衍射波导结构还包括增透膜，增透膜设置在衍射抑制层与波导基底之间。
[0014]进一步地，衍射抑制层的厚度大于等于100nm且小于等于1mm；和/或波导基底的厚
度大于等于400μm且小于等于1mm；和/或波导基底的折射率大于等于1.65且小于等于2.65。
[0015]进一步地，耦入光学元件为一维光栅，耦入光学元件为一层或多层，每层高度大于等于50nm且小于等于1000nm；和/或耦入光学元件的占空比大于等于30％且小于等于80％，耦入光学元件的周期大于等于300nm且小于等于600nm；和/或耦出光学元件为一维光栅，耦出光学元件为一层或多层，每层高度大于等于30nm且小于等于500nm；和/或耦出光学元件的占空比大于等于20％且小于等于80％，耦出光学元件的周期大于等于200nm且小于等于600nm。
[0016]进一步地，转折光学元件为二维光栅，转折光学元件为一层或多层，每层高度大于等于30nm且小于等于300nm；和/或转折光学元件的占空比大于等于20％且小于等于80％，转折光学元件的周期大于等于150nm且小于等于600nm；和/或元胞结构的形状为矩形。
[0017]应用本技术的技术方案，衍射波导结构包括波导基底、耦入光学元件、转折光学元件、耦出光学元件和衍射抑制层，波导基底为一片；耦入光学元件设置在波导基底的一侧表面上；转折光学元件包括多个元胞结构，多个元胞结构呈矩形阵列设置；转折光学元件和耦出光学元件分别设置在波导基底的两侧表面上，且转折光学元件和耦出光学元件在波导基底上的投影至少部分重合，转折光学元件和耦出光学元件中的一个与耦入光学元件位于同一侧；衍射抑制层位于耦出光学元件与波导基底之间。
[0018]波导基底为耦入光学元件、转折光学元件、耦出光学元件和衍射抑制层提供了设置位置，提高了耦入光学元件、转折光学元件、耦出光学元件和衍射抑制层的使用可靠性，耦入光学元件用于将外部光机发射的光耦入波导基底内，并将耦入的光衍射成不同角度朝向转折光学元件的方向进行衍射传输，转折光学元件用于接收耦入光学元件传输过来的光并使其在波导基底中的传输方向发生改变，同时进行扩瞳传输，进一步传输至耦出光学元件，耦出光学元件用于接收转折光学元件传输过来的光并将其耦出所述波导基底，以将外部光机的光均匀高效地耦出至人眼进行成像显示。转折光学元件和耦出光学元件在波导基底上的投影至少部分重合，这样就缩小了转折光学元件和耦出光学元件在波导基底上的实际占用尺寸，有利于缩小波导基底的尺寸，保证了衍射波导结构的小型化；同时缩短了转折光学元件到耦出光学元件的传输路径，降低了光能量在传输过程中的损失，保证了系统传输效率。
[0019]另外，转折光学元件包括多个元胞结构，多个元胞结构呈矩形阵列设置，通过将转折光学元件设置成多个元胞结构矩形阵列的形式，以保证转折光学元件能够承接耦入光学元件传输过来的大部分光，并将该大部分光按照特定方向扩瞳传输至耦出光学元件处，有利于保证传输效率。由于在实际传输过程中，会有部分光线在经过耦入光学元件后，直接被耦出光学元件作用，造成部分光线，最终导致耦出至人眼中的部分区域的效率低于其他区域的效率，从而造成输出效率低和显示不均匀的情况，通过在耦出光学元件与波导基底之间设置衍射抑制层，使得光线先经过衍射抑制层在到达耦出光学元件，使得衍射抑制层能够抑制耦出光学元件造成的提前衍射现象，防止光能量泄露，提升了衍射波导结构的输出效率，在保证FOV的前提下，提高输出光的均匀性。也就是说，衍射抑制层减少了光线在到达耦出光学元件时的光能损失，保留波导基底内的光的能量，使得衍射波导结构整体光学效率得到提升，输出光均匀性也同时得到提升。
附图说明
[0020]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0021]图1示出了现有技术中的衍射波导结构的K域分布图；
[0022]图2示出了现有技术中的衍射波导结构的一个角度的结构示意图；
[0023]图3示出了图2中的现有技术中的衍射波导结构的另一个角度的结构示意图；
[0024]图4示出了本技术的实施例一的衍射波导结构的结构示意图；
[0025]图5示出了图4中的转折光学元件的示意图；
[0026]图6示出了现有技术中未设置衍射抑制层的衍射波导结构的衍射效率图；
[0027]图7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衍射波导结构，其特征在于，包括：波导基底（10），所述波导基底（10）为一片；耦入光学元件（30），所述耦入光学元件（30）设置在所述波导基底（10）的一侧表面上；转折光学元件（40），所述转折光学元件（40）包括多个元胞结构（41），多个所述元胞结构（41）呈矩形阵列设置；耦出光学元件（50），所述转折光学元件（40）和所述耦出光学元件（50）分别设置在所述波导基底（10）的两侧表面上，且所述转折光学元件（40）和所述耦出光学元件（50）在所述波导基底（10）上的投影至少部分重合；衍射抑制层（60），所述衍射抑制层（60）位于所述耦出光学元件（50）与所述波导基底（10）之间。2.根据权利要求1所述的衍射波导结构，其特征在于，所述元胞结构（41）被分为多个网格（411），多个所述网格（411）沿至少两个方向依次排列，各所述网格（411）中均具有光栅，同一个所述元胞结构（41）的多个网格（411）中的光栅相同或不相同。3.根据权利要求1所述的衍射波导结构，其特征在于，所述衍射抑制层（60）的折射率小于所述波导基底（10）的折射率。4.根据权利要求1所述的衍射波导结构，其特征在于，所述耦入光学元件（30）与所述转折光学元件（40）间隔设置在所述波导基底（10）的一侧表面。5.根据权利要求1所述的衍射波导结构，其特征在于，所述耦出光学元件（50）在所述波导基底（10）上投影落入所述衍射抑制层（60）在所述波导基底（10）上的投影范围内；和/或所述衍射抑制层（60）在所述波导基底（10）上的投影完全覆盖所述波导基底（10）。6.根据权利要求1所述的衍射波导结构，其特征在于，所述衍射抑制层（60）为一层。7.根据权利要求6所述的衍射波导结构，其特征在于，所述衍射抑制层（60）为折射率固定的或者折射率沿所述衍射抑制层（60）的厚度方向变化的所述衍射抑制层（60）。8.根据权利要求7所述的衍射波导结构，其特征在于，当所述衍射抑制层（60）的折射率固定时，所述衍射抑制层（60）的折...

【专利技术属性】
技术研发人员：高一峰，尹正坤，熊羚鹤，杨神武，张晴雯，汪杰，陈远，
申请(专利权)人：舜宇奥来半导体光电上海有限公司，
类型：新型
国别省市：