[发明专利]真空布拉格光栅和制造方法

说明书

本文中描述了用于波导中的光栅和产生光栅的方法的改进。与常规SRG和布拉格(Bragg)光栅相比，深表面起伏光栅(SRG)可提供许多优点，重要的一个优点为较高的S衍射效率。在一个实施例中，深SRG可实施为聚合物表面起伏光栅或真空布拉格光栅(EBG)。可通过首先记录全息聚合物分散液晶(HPDLC)光栅来形成EBG。从经固化光栅去除液晶提供聚合物表面起伏光栅。聚合物表面起伏光栅具有许多应用，包括用于基于波导的显示器中。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月29日提交的美国临时申请第62/893,715号的优先权，所述申请的公开内容以全文引用的方式包括在本文中。

技术领域

本发明大体上涉及波导和用于制造波导的方法，且更确切地说，涉及包含形成在多组分混合物中的光栅的波导显示器，从所述多组分混合物去除一种材料组分类型，和用于制造所述光栅的方法。

背景技术

波导可称为具有约束和引导波(即，限制波可在其中传播的空间区)的能力的结构。一个子类别包括光波导，其为可导引电磁波(通常为在可见光谱中的电磁波)的结构。波导结构可设计成使用多个不同机构来控制波的传播路径。举例来说，平面波导可设计成利用衍射光栅来衍射且将入射光耦合到波导结构中，使得内耦合光可经由全内反射(TIR)在平面结构内继续行进。

制造波导可包括使用允许在波导的表面内或上记录全息光学元件的材料系统。一种类别的这种材料包括聚合物分散液晶(PDLC)混合物，其为含有光可聚合单体和液晶的混合物。另一子类别的这种混合物包括全息聚合物分散液晶(HPDLC)混合物。可通过用两个彼此相干的激光束照射材料将例如体积相位光栅的全息光学元件记录在这种液体混合物中。在记录过程期间，使单体聚合，且混合物经历光聚合诱导的相分离，从而产生散布有清透聚合物区的由液晶(LC)微液滴致密填充的区。交替的富含液晶的区和耗尽液晶的区形成光栅的条纹平面。

波导光学器件(例如上文所描述的波导光学器件)可视为用于一系列显示器和传感器应用。在许多应用中，可使用各种波导架构和材料系统实现含有编码多个光学功能的一或多个光栅层的波导，从而实现对用于扩增现实(AR)和虚拟现实(VR)的近眼显示器、用于航空和道路运输的小型平视显示器(HUD)，和用于生物计量和激光雷达(LiDAR)应用的传感器的新创新。因为这些应用中的许多应用是针对消费型产品的，所以对用于大批量制造全息波导的高效低成本方法的需求不断增长。

发明内容

许多实施例涉及聚合物光栅结构、其设计、制造方法和材料。

各种实施例涉及基于波导的装置，其包括：

●波导，其支撑用于衍射在所述波导中以全内反射传播的光的聚合物光栅结构，

●其中聚合物光栅结构包含：

○聚合物网络；和

○气隙，其位于聚合物网络的邻近部分之间。

在又各种其它实施例中，聚合物光栅结构可进一步包括聚合物网络的邻近部分之间的各向同性材料，其中各向同性材料具有高于或低于聚合物网络的折射率的折射率。

在又各种其它实施例中，各向同性材料可占据聚合物网络的邻近部分之间的空间的底部部分处的空间，且空气可占据从各向同性材料的顶部表面上方到调制深度的空间。

在又各种其它实施例中，各向同性材料可包括双折射晶体材料。

在又各种其它实施例中，双折射晶体材料可包括液晶材料。

在又各种其它实施例中，双折射晶体材料可为折射率比聚合物高的材料。

在又各种其它实施例中，聚合物光栅结构可具有大于可见光的波长的调制深度。