[发明专利]一种高耦合效率的齿形平面波导光学器件

权利要求书

1.一种高耦合效率的齿形平面波导光学器件，依次包括：

图像显示光源，用于发出显示所需图像的显示光波；

准直透镜，用于对光源发出的光波进行准直；

耦合输入面，将准直光波耦合进入到平面波导；

平面波导衬底，对耦合进入的光波进行反射传播形成全反射光波；

微齿形结构，对全反射光波进行耦合输出，

其中，所述的准直透镜设置在显示图像光源与平面波导衬底之间，所述的微齿形结构设置在平面波导衬底远离显示图像光源的一端侧面上，微齿形结构由一定数量的微型小齿衔接组成，这些微型小齿对在平面波导衬底中传播的全反射光波进行耦合输出。

2.根据权利要求1所述的平面波导光学器件，其特征在于：

其中，所述准直透镜采用单个非球面镜，所述耦合输入面镀有增透膜，所述微齿形结构的各个微型小齿的表面加工到镜面（表面粗糙度Ra应小于相应成像光波长的尺寸）的效果，微齿形结构和平面波导衬底采用适当的光学胶水进行粘结。

3.根据权利要求1所述的平面波导光学器件，其特征在于：

其中，所述平面波导衬底由具有相互平行的且镀有反射膜的上表面和下表面的光学材料构成，该材料具备有合适的折射率、透过率以及机械性能。

4.根据权利要求1所述的平面波导光学器件，其特征在于：

其中，所述准直透镜和显示光源位于耦合输入面的前方，即采用侧面耦合的方式对准直透镜发出的准直光波进行耦合进入到平面波导内，同时平面波导光学器件的纵向尺寸Height与平面波导的厚度Hw之间满足下述关系：

Height = Hw。

5.根据权利要求1所述的平面波导光学器件，其特征在于：

其中，所述微齿形结构中单个微齿的宽度Tw应大于成像光波长的长度，以避免因微齿形结构造成强烈衍射效应，而影响成像效果。

6.根据权利要求1所述的平面波导光学器件，其特征在于：

其中，所述耦合输入面顶角到微齿形结构靠近耦合输入面所在位置的物理长度为Lray与平面波导衬底的厚度Hp以及全反射光波与衬底下表面的夹角αSur

之间满足下述关系：

Lray >3 Hp*tan(αSur )。

7.根据权利要求1所述的平面波导光学器件，其特征在于：

其中，所述微齿形结构的整体长度Lt与平面波导衬底的厚度Hp以及全反射光波与衬底下表面的夹角αSur之间满足下述关系：

Lt > 2 Hp*tan(αSur )。