【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学成像，尤其涉及一种二维耦出光栅结构的制备方法、衍射光波导及增强现实设备。
技术介绍
1、随着半导体工艺的高度发展，人与计算机之间的交互方式正在飞速发展，其中增强现实(augmented reality，ar)显示可以提供给人类以更多维度的信息，基于近眼显示设备的ar技术是目前的研究热点，得到人们的广泛关注。光波导技术的无漏损传输和高穿透性有效保证了眼镜的成像清晰度，被认为是消费级ar眼镜的主流光学方案。目前市面上光波导通常被分为几何阵列光波导和衍射光波导，其中衍射光波导又分为体全息光波导和表面浮雕光栅光波导，衍射光波导的本质都是通过光栅衍射将入射光束耦入到光波导中，表面浮雕光栅光波导以其极高的设计自由度和由纳米压印加工带来的可量产性，在众多方案中具有明显的优势，而利用微纳光学结构技术获得的衍射光栅又是衍射光波导最核心的部分。
2、目前市面上常见的衍射光栅结构有一维光栅和二维光栅，其中，二维光栅在体积重量、加工成本和显示性能等方面显示出了很大的优势。与一维光栅相比，二维光栅应用在增强现实近眼显示设备中还具有更大的可视区域和眼动范围，无穷远的焦距等特性，并且通过对耦出区的二维光栅进行分区并根据不同区域的功能需求以及图像光束的入射方向来优化二维耦出光栅结构内部微结构单元的排布方式，可以获得较大的视场角并提高耦出效率。
3、由于二维光栅比一维光栅多了一个维度的特征尺寸，因此对图形化技术的精度要求大大提高。而在光刻过程中，高能入射电子在抗蚀剂和衬底上存在散射、背散射以及反射的现象所引起的邻近效应会
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提出了一种二维耦出光栅结构的制备方法，以解决因为光刻中的临近效应所造成的图形失真和分辨率下降的问题，进而制作得到与设计图形更为接近的高分辨率二维光栅。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种二维耦出光栅结构的制备方法，所述二维耦出光栅结构被配置为能够将光波导基底中传输的图像光束从所述光波导基底中衍射耦出；所述二维耦出光栅结构包括多个二维光栅单元；
3、所述二维耦出光栅结构的制备方法包括：
4、对所有的二维光栅单元进行特征边拆解，得到l类特征边，所述l类特征边中任意两类特征边存在交点或延长线存在交点，其中l为正整数；
5、在所述光波导基底上形成l次套刻对应的对准标记；
6、依照套刻顺序，根据第i类特征边对应的对准标记对所述光波导基底进行第i次光刻及刻蚀，以在所述光波导基底上形成第i类特征边的图形；重复该步骤直至所述l类特征边的图形均形成，以在所述光波导基底上得到所述二维耦出光栅结构，其中，i为正整数，且i≤l。
7、可选的，沿第一方向，所述二维耦出光栅结构分为n个区域，其中n为正整数，且n≥2，不同区域内的所述二维光栅单元的朝向不同；所述第一方向与第二方向垂直，所述第二方向为所述光波导基底的图像光束的前进方向；
8、所述对所有的二维光栅单元进行特征边拆解，得到l类特征边包括：
9、对所述n个区域内的朝向不同的所有的二维光栅单元进行特征边拆解，将每两两相邻且交叉的特征边拆开，得到k个特征边，其中k为正整数，且k≥2n；
10、对所述k个特征边图形进行类别划分，得到l类特征边，其中l为正整数，且l≤k；其中，相互平行的特征边属于同一类别。
11、可选的，所述特征边为直边。
12、可选的，所述在所述光波导基底上形成l次套刻对应的对准标记，具体包括：
13、依据各类特征边的图形确定对应的对准标记的数量及位置；
14、根据所述对准标记图形的掩模板为掩模对所述光波导基底进行光刻及刻蚀，以在所述光波导基底上形成l次套刻对应的对准标记。
15、可选的，所述对准标记的图形包括四边形、圆形、八边形、十字形或阵列化图形组合中的任一种或其组合。
16、可选的，所述依照套刻顺序，根据第i类特征边对应的对准标记对所述光波导基底进行第i次光刻及刻蚀，以在所述光波导基底上形成第i类特征边的图形，具体包括：
17、在所述光波导基底上形成光刻胶；
18、依照套刻顺序，将第i类特征边图形对应的光刻图案与相应的对准标记进行对准；
19、根据第i类特征边图形对应的光刻图案进行光刻，将对应的光刻图案上的图形转移至光刻胶，以形成图形化的光刻胶；
20、以所述图形化的光刻胶为掩模对所述光波导基底进行刻蚀，以在所述光波导基底上形成第i类特征边图形。
21、可选的，所述光刻为电子束光刻，所述刻蚀包括ccp、icp或ibe。
22、可选的，所述光波导基底的材质包括si、sio2或si3n4中的任一种或在前述任一种上形成带有金属及其氧化物的镀层。
23、根据本专利技术的第二方面，提供了一种衍射光波导，包括本专利技术的第一方面所述的二维耦出光栅结构。
24、根据本专利技术的第三方面，还提供了一种增强现实设备，包括了本专利技术的第一方面所述的二维耦出光栅结构，或本专利技术第二方面所述的衍射光波导。
25、本专利技术提供的二维耦出光栅结构的制备方法，通过对二维耦出光栅结构的二维光栅单元的所有特征边进行拆解和分类，将每两两相邻且交叉的特征边拆开，并将相互平行的特征边归为同一类别，然后根据每一类别的特征边依次进行单独的光刻及刻蚀，从而得到所有的特征边图形，并形成最终的二维耦出光栅结构。由于将每两两相邻且相交的特征边拆解开并分类到了不同的光刻及刻蚀流程中，从而避免了光刻过程中，高能入射电子在图形交叉处的散射、背散射以及反射所引起的邻近效应，有效的提高了实际制作出来的图形和设计图形的保真度以及图形分辨率，从而有效提高了衍射光波导的耦出效率和精度。
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1.一种二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述二维耦出光栅结构被配置为能够将光波导基底中传输的图像光束从所述光波导基底中衍射耦出；所述二维耦出光栅结构包括多个二维光栅单元；
2.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，沿第一方向，所述二维耦出光栅结构分为N个区域，其中N为正整数，且N≥2，不同区域内的所述二维光栅单元的朝向不同；所述第一方向与第二方向垂直，所述第二方向为所述光波导基底的图像光束的前进方向；
3.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述特征边为直边。
4.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述在所述光波导基底上形成L次套刻对应的对准标记，具体包括：
5.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述对准标记的图形包括四边形、圆形、八边形、十字形或阵列化图形组合中的任一种或其组合。
6.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述依照套刻顺序，根据第I类特征边对应的对准标记对所述光波导基底进行第I
7.根据权利要求1-6任一项所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述光刻为电子束光刻，所述刻蚀包括CCP、ICP或IBE。
8.根据权利要求1-6任一项所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述光波导基底的材质包括Si、SiO2或Si3N4中的任一种或在前述任一种上形成带有金属及其氧化物的镀层。
9.一种衍射光波导，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的二维耦出光栅结构。
10.一种增强现实设备，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的二维耦出光栅结构，或如权利要求9所述的衍射光波导。
...【技术特征摘要】
1.一种二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述二维耦出光栅结构被配置为能够将光波导基底中传输的图像光束从所述光波导基底中衍射耦出；所述二维耦出光栅结构包括多个二维光栅单元；
2.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，沿第一方向，所述二维耦出光栅结构分为n个区域，其中n为正整数，且n≥2，不同区域内的所述二维光栅单元的朝向不同；所述第一方向与第二方向垂直，所述第二方向为所述光波导基底的图像光束的前进方向；
3.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述特征边为直边。
4.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述在所述光波导基底上形成l次套刻对应的对准标记，具体包括：
5.根据权利要求1所述的二维耦出光栅结构的制备方法，其特征在于，所述对准标记的图形包括四边形、圆形、八边形、十字形或阵列化图...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭旭红，陈定强，陈和峰，张雅琴，陈志高，楼歆晔，
申请(专利权)人：上海鲲游科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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